KR100446117B1 - Post-fuse blow corrosion prevention structure for copper fuses - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 저항으로도 동작할 수 있는 내화성 라이너(a refractory liner)(114b,114d)를 포함하는 반도체 내부식성 금속 퓨즈 라인(a semiconductor resistant metal fuse corrosion line)(114c)의 구조 및 방법이 공지된다. 제조는 대머신 프로세스(damascene process)를 이용하여 제조된다. 금속 구조물은 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 제 1 부분을 포함하는 반도체 기판상에 형성될 수 있는데, 제 1 층은 제 2 층보다 높은 저항을 가지며, 제 2 층은 제 1 부분내의 제 1 층과 컨택트를 이루는 수평 및 수직 표면을 가지며, 제 2 부분은 제 1 부분에 결합되고, 제 2 부분은 제 1 층을 포함하고, 제 1 층은 제 2 부분내의 제 2 층의 수평 및 수직 표면과 컨택트를 이루지 않는다. 금속 구조물은 내부식성 퓨즈(a corrosion resistance fuse)로 이용될 수 있다. 금속 구조물은 저항 소자로도 이용될 수 있다.In the present invention, the structure and method of a semiconductor resistant metal fuse corrosion line 114c including a refractory liner 114b, 114d that can also act as a resistor are known. . The manufacture is made using a damascene process. The metal structure can be formed on a semiconductor substrate comprising a first portion comprising a first layer and a second layer, the first layer having a higher resistance than the second layer, and the second layer being formed of a first layer in the first portion. Having a horizontal and vertical surface that makes contact with the first layer, the second portion is coupled to the first portion, the second portion comprises the first layer, and the first layer is the horizontal and vertical of the second layer in the second portion Do not make contact with the surface. The metal structure can be used as a corrosion resistance fuse. The metal structure can also be used as a resistance element.

Description

금속 구조체 및 내화성 엘리먼트 장벽 형성 방법{POST-FUSE BLOW CORROSION PREVENTION STRUCTURE FOR COPPER FUSES}Metal Structure and Fire Resistant Element Barrier Formation Method {POST-FUSE BLOW CORROSION PREVENTION STRUCTURE FOR COPPER FUSES}

퓨즈는 기능의 리던던시(redundancy), 전기적 칩 식별(electrical chip identification) 및 커스텀화(customization of function)를 제공하기 위해 반도체 칩내에 사용될 수 있다. 세 개(또는 그 이상)의 배선층(layers of wiring)을 가지는 설계를 위하여, 퓨즈는 통상적으로 배선층 중 하나, 예를 들면 "최종 금속(last metal)"(LM) 또는 "최종 금속 마이너스 1"(LM-1) 배선층과 같은 세그먼트(segment)로부터 형성된다. 퓨징(fusing), 즉 금속 퓨즈 라인의 부분의 제거는 금속 퓨즈 라인 부분의 적외선(infra-red)(IR) 레이저로부터의 짧고 높은 강도 펄스의 "광(light)"에의 노출에 의해서 이루어진다. 금속 라인은 에너지를 흡수하여 용융되어 팽창하여, 그 위에 놓인 패시베이션 층을 단절시킨다. 용융된 금속은 그런 다음 끓거나 산화물 환경으로부터 증발되어, 라인 연속성을 붕괴시켜 높은 전기적 저항을 야기한다. 이러한 레이저 제거 프로세스에 의해서 노출된 금속은 부식하여 바람직하지 않은 퓨즈 링크의 재연결을 야기할 수 있다.Fuses can be used in semiconductor chips to provide redundancy of functionality, electrical chip identification, and customization of functions. For designs with three (or more) layers of wiring, a fuse is typically one of the wiring layers, for example "last metal" (LM) or "final metal minus 1" ( LM-1) formed from the same segment as the wiring layer. Fusing, ie removal of the portion of the metal fuse line, is achieved by exposure of the short and high intensity pulses to the "light" of the metal fuse line portion from an infrared-red (IR) laser. The metal line absorbs energy, melts and expands, breaking the passivation layer overlying it. The molten metal then boils or evaporates from the oxide environment, disrupting line continuity resulting in high electrical resistance. The metal exposed by this laser ablation process can corrode and cause undesirable reconnection of fuse links.

반도체 집적 회로는 본체의 표면상에 놓여진 다수의 배선층에 의해서 원하는 회로 구성에 결합된 활성 영역을 가지는 반도체 물질의 본체 내에 형성된다.A semiconductor integrated circuit is formed in a body of semiconductor material having an active region coupled to a desired circuit configuration by a plurality of wiring layers placed on the surface of the body.

회로의 제조에 있어서, 배선층은 증착되고, 규정되며, 일련의 잘 알려진 포토리소그래피(photolithography) 및 금속 에칭 단계를 통하여 도전성 비아(via)에 의해 상호접속된다. 이러한 배선 레벨은 각기 패시베이션 층(a passivation layer)으로 알려진 투명 보호 물질(a glassy protective material)의 층으로 피복될 수 있는데, 이는 각각의 배선층을 보호하고 절연한다. 이러한 다중 층을 가지는 집적 회로의 생성은 반도체 기술 분야에 잘 알려져 있다.In the fabrication of circuits, the wiring layers are deposited, defined, and interconnected by conductive vias through a series of well known photolithography and metal etching steps. These wiring levels can each be covered with a layer of a glassy protective material known as a passivation layer, which protects and insulates each wiring layer. The creation of such multilayered integrated circuits is well known in the semiconductor art.

예를 들면 CMOS 로직 회로와 같은 몇몇 회로에서는, 회로 내에 설계된 퓨즈는 종종 최상부 배선층의 정규 어레이(regular array) 내에, 다른 배선이 퓨즈 바로 위에 위치하지 않는 위치에 형성된다. 이러한 어레이 내에서, 퓨즈는 종종 평행한 열로 배열되며, 가능한한 가까이 위치한다. 이러한 퓨즈 중 선택된 하나를 개방함(opening)으로써 회로의 로직 소자는 상이한 조합으로 배열되어 상이한 로직 기능을 수행할 수 있다.In some circuits, for example CMOS logic circuits, fuses designed within the circuit are often formed in a regular array of top wiring layers, where no other wiring is located directly above the fuse. Within such arrays, the fuses are often arranged in parallel rows and located as close as possible. By opening a selected one of these fuses, the logic elements of the circuit can be arranged in different combinations to perform different logic functions.

이들 퓨즈(fuses)는 퓨즈를 형성하는 금속을 과열시키고 증발시키기 위해 충분한 크기, 시간 및 전력의 레이저 펄스(laser pulse)를 인가함으로써 전형적으로 개방(open)된다. 이러한 퓨즈의 과열과 증발은 상부 투명 보호층(overlying glassy protective layer)의 일부를 부숴서 날려버려, 그 보호층 내에 분화구 모양의 구덩이를 만들게 된다. 보호층이 파열될 때, 크랙(cracks)은 바깥쪽으로 퍼져서 인접 소자의 파괴(breakage) 및 노출(uncovering)과 같은 해를 입힌다. 인접 소자의 이러한 노출은 후속하여 회로의 부식(corrosion)과 때이른 고장을 야기할 수 있다.These fuses are typically opened by applying a laser pulse of sufficient size, time and power to overheat and evaporate the metal forming the fuse. This overheating and evaporation of the fuse breaks away a portion of the overlying glassy protective layer, creating a crater-shaped pit in the protective layer. When the protective layer ruptures, cracks spread outwards, causing damage such as breakage and uncovering of adjacent devices. Such exposure of adjacent devices may subsequently lead to corrosion and premature failure of the circuit.

0.25㎛ 이하의 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS, complementary metal oxide semiconductor) 라인 후단(BEOL, back end of line)과 같은 차세대 집적 회로에서 구리 배선(copper wiring)이 BEOL 저항 캐패시터(RC) 지연 성능 요건을 충족시키기 위해 사용되는 것은 바람직하다. 예를 들어 섭씨 85°의 온도에서 전기적 바이어스 스트레싱(stressing)을 갖는 85%의 상대 습도의 조건과 같은 구리 퓨즈의 스트레싱 동안, 구리 퓨즈는 부식할 수 있다. 만일 탄탈 질화물/탄탈(TaN/Ta, Tantalum Nitride/Tantalum) 라이너(liner)가 부식 차단부로서 작용하지 못한다면 이런 부식은 다수의 비아 레벨을 통해 연장될 수 있다. 이 부식의 부산물은 끊어진 퓨즈를 완전히 덮을 수 있고, 이는 끊어진 퓨즈(blown fuse)사이에서 바람직하지 못한 저항성 누설 경로를 만들 수 있다. 이런 결함을 줄이고 제거하는 공지된 방법은 알루미늄 배선을 사용하는 것과 퓨즈가 끊긴 후에 구리 퓨즈를 패시베이션(passivation)하는 것을 포함한다. 그러나, 알루미늄 배선 레벨을 부가하는 것은 그 장치의 전기적 성능을 감소시키고, 퓨즈가 끊긴 후에 패시베이션층을 부가하는 것은 비용과 복잡성을 증가시킨다. 노출된 구리 배선의 부식을 줄이고 이를 제거하기 위한 개선된 방법이 요구된다.In next-generation integrated circuits, such as complementary metal oxide semiconductor (CMOS) back end of line (BEOL) and smaller than 0.25 µm, copper wiring meets BEOL resistive capacitor (RC) delay performance requirements. It is preferred to be used to meet. During stressing of a copper fuse, such as for example, a condition of 85% relative humidity with electrical bias stressing at a temperature of 85 ° C., the copper fuse may corrode. If tantalum nitride / tantalum (TaN / Ta) liners do not act as corrosion barriers, this corrosion may extend through multiple via levels. The byproduct of this corrosion can completely cover the blown fuse, which can create undesirable resistive leakage paths between the blown fuses. Known methods of reducing and eliminating these defects include using aluminum wiring and passivating the copper fuse after the fuse is blown. However, adding aluminum wiring levels reduces the electrical performance of the device, and adding a passivation layer after the fuse blows increases cost and complexity. There is a need for an improved method to reduce and eliminate corrosion of exposed copper wiring.

독자는 아래와 같은 퓨즈와 관련된 특허를 참조할 수 있다.The reader may refer to a patent relating to a fuse as follows.

"개선된 상호접속을 갖는 가용성의 링크(Fusible Links with Improved Interconnection Structure)," 미국 특허 제 5,760,674 호,"Fusible Links with Improved Interconnection Structure," US Patent No. 5,760,674,

"어레이 퓨즈 손상 보호 장치와 제조 방법(Array Fuse Damage Protection Device and Fabrication Nethode)," 리차드 에이. 질모어(Richard A. Gilmour) 등의 미국 특허 제 5,420,455 호,"Array Fuse Damage Protection Device and Fabrication Nethode," Richard A. US Patent No. 5,420,455 to Richard A. Gilmour et al.,

"평면 구리 야금을 위한 통합 패드와 퓨즈 구조(Integrated Pad Fuse Structure For Planar Copper Metallurgy)," 윌리엄 티. 모트시프(William T. Motsiff) 등의 미국 특허 제 5,731,624 호,"Integrated Pad Fuse Structure For Planar Copper Metallurgy," William T. U.S. Patent No. 5,731,624 to William T. Motsiff et al.,

"다중 층의 얇은 막 구조를 만드는 방법(Meyhod of making a multilayer thin film structure)," 케네스 챙(Kenneth Chang) 등의 미국 특허 제 5,266,446 호."Meyhod of making a multilayer thin film structure," US Pat. No. 5,266,446 to Kenneth Chang et al.

독자는 또한 몇몇 논문과 몇몇 공지된 특허 문서와 특허에서 참조할 수 있다.The reader may also refer to some papers and some known patent documents and patents.

익명, "폭넓은 퓨즈 물질 선택을 위한 퓨즈 구조(Fuse Structure for Wide Fuse Materials Choice)," IBM 기술공개 공보 제 32 권 제 3A 호 438-439 페이지, 1989년 8월,Anonymous, "Fuse Structure for Wide Fuse Materials Choice," IBM Publication No. 32, 3A, pages 438-439, August 1989,

익명, "메모리 배열과 지원 회로를 위한 최적의 금속 라인 구조(Optimum Metal Line Structure For Memory Array and Support Circuits), " IBM 기술공개 공보 제 30 권 제 12 호, 218-219 페이지, 1988년 5월,Anonymous, "Optimum Metal Line Structure For Memory Array and Support Circuits," IBM Publication No. 30, No. 12, pages 218-219, May 1988,

익명, "두 포토 마스킹 단계에 세 세트의 패턴 정보를 포함시키는방법(Method to Incorporate Three Sets of Pattern Information in Two Photo-Masking Steps,)" IBM 기술공개 공보 제 32권 제 8A 호 170-171페이지 ,1990년 1월,Anonymous, "Method to Incorporate Three Sets of Pattern Information in Two Photo-Masking Steps," IBM Publication No. 32, 8A, pages 170-171, January 1990,

"얇은 막 내에 알파 탄탈을 만드는 구조와 방법(Structure and Method of Making Alpha-Ta in Thin Films)", 이. 지. 콜갠(E.G.Colgan) 등의 미국 특허 출원 제 5,281,485,"Structure and Method of Making Alpha-Ta in Thin Films", Lee. G. US Patent Application No. 5,281,485 to E.G.Colgan et al.,

씨. 캐브럴(C. Cabral) 등의 유럽 공개 공보 제 EP 751566 A2 호, "전기적 접속을 위한 얇은 막 금속 장벽(A Thin-Film Metal Barrier for Electronic Connections)",Seed. European Publication No. EP 751566 A2, "A Thin-Film Metal Barrier for Electronic Connections" by C. Cabral et al.,

씨. 케이 휴(C. -K. Hu) 등, "구리에 대한 확산 장벽 연구(Diffusion Barrier Studies for Cu)," 181-187 페이지, Proc. V-MIC, 1986년,Seed. C.-K. Hu et al., “Diffusion Barrier Studies for Cu,” pages 181-187, Proc. V-MIC, 1986,

씨. 케이 휴(C. -K. Hu) 등, "VLSI 회로를 위한 구리-폴리마이드 배선 기술(Copper-Polymide Wiring Technology for VLSI Circuits)," 369-373 페이지, Proc. 물질 연구회. 1990년 및Seed. C.-K. Hu et al., “Copper-Polymide Wiring Technology for VLSI Circuits,” pages 369-373, Proc. Substance Research Council. 1990 and

디. 에델스테인(D. Edelstein) 등, "0.25㎛ 이하의 CMOS ULSI 기술에서의 충진된 구리 배선(Full copper Wiring in sub-0.25㎛ CMOS ULSI Technology)", 773-776페이지, Tech. Dig. IEEE Int. Electr. Dev. Mtg. 1997. 그 내용은 본 명세서에서 참조로 인용된다.D. D. Edelstein et al., “Full Copper Wiring in sub-0.25 μm CMOS ULSI Technology”, pp. 773-776. Dig. IEEE Int. Electr. Dev. Mtg. 1997. The contents of which are incorporated herein by reference.

저항 소자는 주변 회로와 내부 회로를 위해 중요하다. 저항 소자는 내부의 회로, 예를 들면 전압 조정기(voltage regulator), 레퍼런스 바이어스 회로(reference bias circuit), 기타 다른 응용들에서 사용될 수 있다. 저항 소자는 임피던스 정합(impedance matching), 노이즈/링백 제동(noise/ring-back dampening), 저항 밸러스팅(register ballasting), 과전압 제동(overvoltage dampening) 그리고 기타 다른 응용을 위한 수신기 및 드라이버내의 주변 회로에서 사용될 수 있다. 정전기 방전(ESD, electrostatic discharge) 네트워크에서, 저항은 n형 전계 효과 트랜지스터(NFETs, n-type field effect transistors)가 연결된 저항 캐패시터(RC)에서 사용될 수 있으며, 저항 안정과 기타 다른 다수의 응용들을 위해 금속 산화물 반도체 FET(MOSFETs)에 통합된다.Resistive elements are important for peripheral and internal circuits. The resistive element can be used in internal circuits, such as voltage regulators, reference bias circuits, and other applications. Resistive elements are used in peripheral circuits in receivers and drivers for impedance matching, noise / ring-back dampening, resistor ballasting, overvoltage dampening, and other applications. Can be used. In electrostatic discharge (ESD) networks, the resistor can be used in a resistor capacitor (RC) to which n-type field effect transistors (NFETs) are connected, for resistance stability and many other applications. Integrated into metal oxide semiconductor FETs (MOSFETs).

저항으로 사용되는 많은 물질은 기능적 상황에서는 적절하나 ESD 강건 또는 정밀 선형 응용에서는 부적절하다. 확산 저항은 보통 회로 응용에 이용되나 많은 단점을 가질 수 있다. 폴리실리콘 박막 저항과 확산 주입 저항(diffused implanted resistors)은 고전압과 고전류 상황에서 많이 고려될 수 있다. N-웰, n-확산부, 매립 저항(BR)은 많은 회로 응용에 사용될 수 있다. 폴리실리콘 저항은 또한 신뢰성 문제를 가질 수 있다. 폴리실리콘 저항은 고전압 스트레스에서 "스파게티 효과(spaghetti effect)"를 나타낼 수 있다. 고전압 스트레스 하에서 폴리실리콘 저항은 회로와 ESD 응용의 오기능을 일으키는 저항 값 변화를 가져올 수 있다.Many materials used as resistors are suitable in functional situations but not in ESD robust or precision linear applications. Diffusion resistors are commonly used in circuit applications but can have many disadvantages. Polysilicon thin film resistors and diffused implanted resistors can be considered in high voltage and high current situations. N-well, n-diffusion, buried resistor BR can be used for many circuit applications. Polysilicon resistance can also have reliability problems. Polysilicon resistance may exhibit a "spaghetti effect" at high voltage stresses. Under high voltage stress, polysilicon resistors can cause resistance value changes that cause malfunctions in circuits and ESD applications.

N-웰, n-확산부, 매립 저항(BR)은 많은 회로 응용에서 사용될 수 있다. 확산 저항은 회로에 별도 캐패시턴스를 추가할 수 있다. 이 별도 캐패시턴스는 수신기 성능과 발진기 캐패스턴스 부하에 이롭지 않다. 아날로그 , 무선 주파수 CMOS, 고성능 응용에 있어서, 캐패스턴스가 고려 대상이 될 수 있다. 또한 확산 저항은 링백 현상(ring-back)과 언더슈트 현상(undershoot)과 래치업(latchup) 현상에도 고려 대상이 될 수 있다. "임계 제동"이 필요한 고체 상태 트랜지스터 로직(SSTL) 회로 응용에서, 예를 들면 입력/출력 (I/O) 회로에서, 확산 성분은 이 확산 성분이 네거티브 언더슈트에서 일반적으로 통용될 때 링백 현상에 해로울 수 있다. 또한 N-웰, n-확산부 및 매립 저항은 원치않는 ESD와 기능적 기생 소자를 만들 수 있는 기생 npn 구조물을 형성할 수 있다. 결과적으로 그라운드 룰(ground rule)이 이들 기생 소자를 처리하도록 확장될 수 있다. 저항 소자는 물리 구조물과 요구된 그라운드 룰 공간간의 I/O 회로 영역의 많은 부분이 될 수 있다. 확산 저항은 또한 충전 소자 모델(CDM)도 관심 대상일 수 있다. 예를 들어 CDM 테스트 모드에서 확산 저항은 적극적으로 개입하여 원치않는 기생 소자를 만든다.N-wells, n-diffusions, buried resistors (BR) can be used in many circuit applications. Diffusion resistors can add extra capacitance to the circuit. This separate capacitance does not benefit receiver performance and oscillator capacitance load. In analog, radio frequency CMOS, and high performance applications, capacitance can be considered. Diffusion resistors can also be considered for ring-back, undershoot and latchup phenomena. In solid state transistor logic (SSTL) circuit applications where "critical braking" is required, for example in input / output (I / O) circuits, the diffusion component is subject to the ringback phenomenon when this diffusion component is commonly used in negative undershoot. It can be harmful. N-wells, n-diffusions, and buried resistors can also form parasitic npn structures that can create unwanted ESD and functional parasitics. As a result, ground rules can be extended to handle these parasitic elements. The resistive element can be a large part of the I / O circuit area between the physical structure and the required ground rule space. Diffusion resistors may also be of interest to the charging device model (CDM). In CDM test mode, for example, diffusion resistors actively intervene to create unwanted parasitic elements.

그렇다면 낮은 캐패시턴스, 높은 저항, 전압과 온도에 대한 높은 선형성을 가지며 물리적으로 작으며 높은 용융온도를 갖는 저항이 필요하다. 또한 기판의 실리콘 표면과 상호 작용하지 않는 향상된 저항이 필요하다. 전압 스트레싱, 전기적 과스트레스(EOS), 정전기 방전(ESD) 현상에 민감하지 않을 필요가 있는 응용에도, 저항 소자가 사용될 수 있는 것이 바람직하다.If so, low capacitance, high resistance, high linearity with respect to voltage and temperature, and physically small resistance with high melting temperature are needed. There is also a need for improved resistance that does not interact with the silicon surface of the substrate. In applications where it is necessary to be insensitive to voltage stressing, electrical overstress (EOS) and electrostatic discharge (ESD) phenomena, it is desirable that resistive elements can be used.

발명의 개요Summary of the Invention

하부층 및 상부층을 포함하는 제 1 부분을 포함하고, 하부층은 상부층보다 높은 전기 저항성을 가지며, 상부층은 제 1 부분에서 하부층과 접촉하는 수평 및 수직 표면을 가지며, 제 1 부분과 접속된 제 2 부분을 포함하고, 제 2 부분이 제 2 부분에서 상부층의 수평 및 수직 표면과 접촉하지 않는 하부층에 의해 이루워지는 반도체 기판 위에 형성된 금속 구조물이 제공된다. 금속 구조물은 내부식성 퓨즈(a corrosion resistant fuse)로 사용될 수 있다. 금속 구조물은 또한 저항성 소자로도 사용될 수 있다.A first portion comprising a lower layer and an upper layer, the lower layer having a higher electrical resistance than the upper layer, the upper layer having a horizontal and vertical surface in contact with the lower layer in the first portion, the second portion being in contact with the first portion; And a metal structure formed over the semiconductor substrate, the second portion being formed by a lower layer in the second portion that is not in contact with the horizontal and vertical surfaces of the upper layer. Metal structures can be used as a corrosion resistant fuse. Metal structures can also be used as resistive elements.

본 발명은 리소그래픽 패터닝 단계, 에칭 단계, (저항으로 기능할 수 있는) 내화성 라이너의 증착 단계, 최종 금속(LM) 배선 레벨 및 퓨즈를 대머신하기 위한 구리 증착과 화학 기계적 폴리싱(CMP) 단계, 퓨즈 위에 하나 이상의 개구(opening)를 리소그래피 패터닝하는 단계, 구리에 대해 선택적이나 라이너를 어택(attack)하지 않는 에칭제, 예를 들어 수성 암모늄 펄슐페이트와 황산과 수소 과산화물과 물 등을 이용하여 노출된 구리를 제거하는 단계, 레지스트를 제거하고 최종 패시베이션막을 증착하는 단계, 최종 패시베이션막에 단자 금속 컨택트 홀을 규정하는 단계, 전기적 테스팅과 퓨즈의 레이저 소거 단계로서 처리를 완료하는 단계를 포함하되, 상기 퓨즈는 라이너의 세그먼트 및 구리 LM 라인의 세그먼트 중 적어도 하나로 구성되어 있고, 상기 구리 LM 라인의 세그먼트는 "라이너 만의(liner only)" 구조에 의해 적어도 한 측면 상에서 분리되어 있다.The present invention relates to lithographic patterning, etching, deposition of a fire resistant liner (which can function as a resistor), final metal (LM) wiring levels and copper deposition and chemical mechanical polishing (CMP) steps to replace fuses, Lithographic patterning of one or more openings over the fuse, the method being exposed using an etchant that is selective to copper but does not attack the liner, such as aqueous ammonium phosphate and sulfuric acid, hydrogen peroxide and water Removing copper, depositing a resist and depositing a final passivation film, defining terminal metal contact holes in the final passivation film, and completing the processing as electrical testing and laser erasing of the fuse. Is composed of at least one of a segment of a liner and a segment of a copper LM line, wherein the copper LM Phosphorus segment is separated on at least one side by a "(only liner) only liner" structure.

본 발명은, 예를들어 TaN/Ta와 같은 완전 패시베이션된 내부식성 및 내화성 물질의 링크에 의해 레이저 소거 영역이 구리 회로의 나머지와 분리되는 장점이 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 퓨즈는 TaN/Ta 링크 부분일 수 있으며, 다른 실시예에 있어서, 퓨즈는 TaN/Ta 링크에 인접한 적당한 크기의 TaN/Ta/Cu 라인 부분일 수 있다. 본 발명의 구조는 소거 영역의 칩 배선(chip wiring) 또는 브리징(bridging)으로의 소거 퓨즈 관련 부식의 확산 가능성을 본질적으로 없앤다.The invention has the advantage that the laser erasing area is separated from the rest of the copper circuit by, for example, a link of fully passivated corrosion and fire resistant materials such as TaN / Ta. In one embodiment of the present invention, the fuse may be a TaN / Ta link portion, and in another embodiment, the fuse may be a TaN / Ta / Cu line portion of a suitable size adjacent to the TaN / Ta link. The structure of the present invention essentially eliminates the possibility of diffusion of erase fuse related corrosion to chip wiring or bridging of the erase region.

본 발명은, 예를들어, TaN/Ta 링크들과 같은 완전 패시베이션된 내부식성 및 내화성 물질이 저항으로 이용될 수 있다. 저항 구조는 낮은 커패시턴스, 높은 저항성, 및 온도 및 전압에 대한 높은 선형성을 가지며, 물리적으로 작고, 높은 용융 온도를 가진다.In the present invention, fully passivated corrosion resistant and fire resistant materials such as, for example, TaN / Ta links can be used as resistance. The resist structure has low capacitance, high resistance, and high linearity with respect to temperature and voltage, and is physically small and has a high melting temperature.

내화성 금속에 의해 제공된, 높은 용융 온도를 가진 라인 후단 저항(BEOL 저항 : Back End Of Line resistor)을 가짐으로서, 본 발명은 정전기 방전(ESD : Electrostatic Discharge) 보호를 제공한다.By having a high melt temperature Back End Of Line resistor (BEOL resistance) provided by a refractory metal, the present invention provides Electrostatic Discharge (ESD) protection.

상호접속부의 고장에 대한 파워(Pf/A)(power to failure)는, 아래의 테이블 1에 나타난 바와 같이, 열전도도(K)와 열 용량(Cp) 및 질량 밀도(ρ)의 제곱근을 상호접속부의 용융 온도(Tmelting)와 곱하고, 이를 다시 펄스 폭(τ1/2)으로 나눈값에 비례한다. 보다 높은 용융 온도를 가진 물질(즉, 배선)은 과전압 및 과전류 보호와 ESD 현상에 보다 강하다.The power to failure (P f / A) of the interconnects is given by the square root of thermal conductivity (K), thermal capacity (C p ) and mass density (ρ), as shown in Table 1 below. It is multiplied by the melting temperature (T melting ) of the interconnect, which is in proportion to the value divided by the pulse width (τ 1/2 ). Materials with higher melting temperatures (ie wiring) are more resistant to overvoltage and overcurrent protection and ESD events.

테이블 1Table 1

감지 회로와 직렬로 이루어진 저항들을 가짐으로서, 반도체 칩에 있어서 주변 회로의 과전압을 방지할 수 있는 장점이 있다.By having the resistors in series with the sensing circuit, there is an advantage that the overvoltage of the peripheral circuit in the semiconductor chip can be prevented.

본 발명은 패드들과 ESD 소자 사이에 배치된 저항 구조이다. 또한, 이 소자는 물리적으로 퓨즈일 수 있다.The present invention is a resistive structure disposed between pads and an ESD device. The device may also be physically a fuse.

본 발명의 특징은 전압 스트레스, 전기적 과스트레스(EOS : Electrical OverStress) 및 정전기 방전(ESD) 현상에 민감하지 않기를 바라는 응용을 위한 구조, 방법 및 회로 응용을 제공한다.Features of the present invention provide structures, methods, and circuit applications for applications that wish to be insensitive to voltage stress, Electrical OverStress (EOS) and Electrostatic Discharge (ESD) phenomena.

본 발명의 저항 소자에 대한 다른 특징은 혼합된 전압과, 아날로그/디지탈 및 혼합된 신호 응용에 이용할 수 있다는 것이다.Another feature of the resistive element of the present invention is that it can be used for mixed voltage and analog / digital and mixed signal applications.

BEOL 저항을 이용할 경우, 본 발명의 저항 소자에 대한 또 다른 특징은, 저항이 낮은 커패시턴스를 가진다는 것이며, 그에 따라 그것이 낮은 커패시턴스 물질 또는 실리콘 이산화물인 경우, 실리콘계 저항 구조보다 매우 낮은 커패시턴스를 가진다는 것이다.Another feature of the resistive element of the present invention when using a BEOL resistor is that the resistance has a low capacitance, and therefore, when it is a low capacitance material or silicon dioxide, it has a much lower capacitance than the silicon-based resist structure. .

따라서, 본 발명의 다른 특징은 상호접속 및 저항을 이용한다는 것이다.Thus, another feature of the present invention is the use of interconnects and resistors.

저항의 다른 특징은 상호접속 온도가 증가하고, 저항이 증가함(예를들어, R(T) = R0(1+αT))에 따라 고전류에서 밸러스팅(ballasting)을 증가시킨다는 것이다. Ta, 특히 α-Ta의 다른 장점은, 예를 들어 50ohm 저항들과 같은 적당한 크기의 저항들이 형성될 수 있다는 것이다.Another characteristic of the resistance is that it increases ballasting at high currents as the interconnect temperature increases and the resistance increases (eg, R (T) = R0 (1 + αT)). Another advantage of Ta, in particular α-Ta, is that suitable sized resistors can be formed, for example 50 ohm resistors.

전형적으로 저항은 임피던스 매칭 및 저항 밸러스팅에 이용될 수 있다. 저항 밸러스팅 개념은 다중-핑거 소자를 가지고, 그것을 다수의 소자로 나누고(digitate), 저항을 병렬로 배열한다는 것이다. 본 발명은, 저항들이 병렬로 배치되는 경우, 서브셀 중 하나에 대한 전기적 과부하를 방지하기 위해 매우 높은 값의 저항을 배치하도록 하는 다중-소자 셀에 저항 밸러스팅을 제공한다.Typically resistors can be used for impedance matching and resistance ballasting. The concept of resistance ballasting is to have a multi-finger device, digitize it into a number of devices, and arrange the resistors in parallel. The present invention provides resistance ballasting in a multi-element cell that, when the resistors are placed in parallel, allows the placement of very high values of resistance to prevent electrical overload on one of the subcells.

본 발명의 저항 소자의 특징은 고주파 응용에 관련하여 매우 낮은스킨(skin) 효과를 가진다는 것이다.A feature of the resistive element of the present invention is that it has a very low skin effect in relation to high frequency applications.

본 발명의 다른 특징은 고장에 대해 높은 임계 전류 밀도(a high critical current-density-to-failure(Jcrit))를 가지는 저항 소자를 제공한다는 것이다.Another feature of the present invention is to provide a resistive element having a high critical current-density-to-failure (J crit ) against failure.

저항 구조를 형성하는 방법은 대머신 프로세스를 포함할 수 있다. 저항은 대머신 구조체가 형성되는 방법과 부합한다. 예를 들면, 트러프(trough)와 후속하여 내화성 금속 증착을 사용하여 구리 내에 대머신 구조가 형성된다. 본 발명의 실시예는 단일의 대머신 프로세스를 이용하여 저항 소자를 형성한다. 다른 실시예는 저항이 트러프를 포함하는 단일의 대머신 프로세스를 포함한다. 다른 실시예는 저항이 트러프, 텅스텐(W) 컨택트, W 막 트러프를 포함하는 단일의 대머신 프로세스를 포함한다. 본 발명의 실시예는 이중 대머신 프로세스를 이용하여 저항 소자를 형성한다. 다른 실시예는 저항이 트러프 및 비아를 포함하는 이중 대머신 프로세스를 포함한다. 다른 실시예는 저항이 트러프, 비아 및 제 2 트러프를 포함하는 이중 대머신 프로세스를 포함한다. 다른 실시예는 저항이 트러프, 비아 및 제 2 트러프, W 컨택트 및 W 막 트러프를 포함하는 이중 대머신 프로세스를 포함한다.The method of forming the resist structure may include a damascene process. The resistance corresponds to how the damascene structure is formed. For example, a damascene structure is formed in copper using a trough followed by refractory metal deposition. Embodiments of the present invention form a resistive element using a single damascene process. Another embodiment includes a single damascene process in which the resistor comprises a trough. Another embodiment includes a single damascene process in which the resistor includes a trough, a tungsten (W) contact, and a W membrane trough. Embodiments of the present invention form a resistive element using a dual damascene process. Another embodiment includes a dual damascene process in which the resistance includes troughs and vias. Another embodiment includes a dual damascene process in which the resistor comprises a trough, a via, and a second trough. Another embodiment includes a dual damascene process in which the resistance includes troughs, vias and second troughs, W contacts, and W membrane troughs.

본 발명의 방법의 실시예는 대머신 프로세스에 의해 저항을 형성하는 단계를 포함하는데, 이 단계는 트러프(a trough)를 규정하는 단계와, 고저항성 막을 증착하는 단계와, 제 2 막을 증착하는 단계와, 제 2 막을 연마하고 에칭 제거하여 저항 구조물을 획득하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 제 1 막은 탄탈(tantalum), α-Ta, 탄탈 질화물(tantalum nitride) 또는 다른 라이너/확산 장벽 재료(liner/diffusion barrier material)일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 제 2 막은 예를 들면, 구리와 같은 도전성 막일 수 있다.Embodiments of the method of the present invention include forming a resistor by a damascene process, which includes defining a trough, depositing a high resistivity film, and depositing a second film. And polishing and etching away the second film to obtain a resist structure. In one embodiment of the invention, the first film may be tantalum, α-Ta, tantalum nitride or other liner / diffusion barrier material. In another embodiment of the present invention, the second film may be a conductive film such as, for example, copper.

본 발명의 방법의 다른 실시예는 이중 대머신 프로세스에 의해 저항을 형성하는 단계를 포함하는데, 이 단계는 트러프 및 비아를 규정하는 단계와, 고저항성 막을 증착하는 단계와, 제 2 막을 증착하는 단계와, 제 2 막을 연마하고 에칭제거하여 저항 구조물을 획득하는 단계들을 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 제 1 막은 탄탈, 탄탈 질화물, 또는 다른 라이너/확산 장벽 재료일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 제 2 막은 예를 들면, 구리와 같은 도전성 막일 수 있다.Another embodiment of the method of the present invention includes forming a resistor by a dual damascene process, which includes defining troughs and vias, depositing a high resistivity film, and depositing a second film. And polishing and etching away the second film to obtain a resist structure. In one embodiment of the invention, the first film may be tantalum, tantalum nitride, or other liner / diffusion barrier material. In another embodiment of the present invention, the second film may be a conductive film such as, for example, copper.

본 발명의 방법의 실시예는 대머신 프로세스에 의해 저항을 형성하는 단계를 포함하는데, 이 단계는 트러프를 규정하는 단계와, 고저항성 막을 증착하는 단계와, 유전막을 증착하고 이를 연마하여 저항 구조물을 획득하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 고저항성 막은 탄탈, α-Ta, 탄탈 질화물, 또는 다른 라이너/확산 장벽 재료일 수 있다.Embodiments of the method of the present invention include forming a resistor by a damascene process, which includes defining a trough, depositing a high resistive film, depositing and polishing a dielectric film to resist resist structure Obtaining a step. In one embodiment of the invention, the high resistivity film may be tantalum, α-Ta, tantalum nitride, or other liner / diffusion barrier material.

본 발명의 방법의 다른 실시예는 이중 대머신 프로세스에 의해 저항을 형성하는데, 이 단계는 트러프 및 비아를 규정하는 단계와, 고저항성 막을 증착하고, 유전막을 증착하고 연마하는, 저항 구조물을 획득하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 제 1 막은 탄탈, 탄탈 질화물, 또는 다른 라이너/확산 장벽 재료일 수 있다.Another embodiment of the method of the present invention forms a resistor by a dual damascene process, which defines a trough and via, and obtains a resist structure that deposits a high resistive film, deposits and polishes a dielectric film. It includes a step. In one embodiment of the invention, the first film may be tantalum, tantalum nitride, or other liner / diffusion barrier material.

본 발명의 일실시예에서, 저항 구조체는 단일 트러프일 수 있다. 다른 실시예에서, 저항 구조체는 단일의 트러프 및 비아를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 저항 구조체는 단일의 트러프, 비아 및 W 컨택트를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 저항은 단일의 트러프, 비아, 트러프, W 비아 및 W 막을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 저항 구조체는 다수의 이들 예시적인 저항 소자를 포함할 수 있다.In one embodiment of the invention, the resist structure may be a single trough. In other embodiments, the resist structure may comprise a single trough and via. In other embodiments, the resist structure may include a single trough, via, and W contact. In other embodiments, the resistor may include a single trough, via, trough, W via, and W film. In other embodiments, the resist structure may include a number of these exemplary resistive elements.

본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작 뿐만 아니라, 본 발명의 다른 특징 및 이점에 대해서는 첨부 도면을 참조하여 이하에 상세히 기술된다.Other features and advantages of the present invention, as well as the structure and operation of various embodiments of the present invention, are described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 상기 및 다른 특징들은 첨부 도면을 참조하여 기술될 것이다. 도면에 있어서, 유사한 참조 번호는 일반적으로 동일하고, 기능적으로 유사하고/하거나 구조적으로 유사한 소자를 나타낸다. 또한, 도면에 있어서, 각 참조 번호의 가장 좌측의 수는 참조 번호가 처음에 사용된 도면에 대응한다.These and other features of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals generally refer to the same, functionally similar and / or structurally similar elements. In the drawings, the leftmost number of each reference number corresponds to the drawing in which the reference number was first used.

본 발명은 퓨즈(fuse)를 생성하도록 맞추어질 수 있는 반도체 집적 회로(IC) 칩에 관한 것이다. 본 발명은 또한 향상된 비부식성 저항 구조물(non-corrosive resistive structure)을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor integrated circuit (IC) chip that can be tailored to produce a fuse. The present invention also relates to a method of manufacturing an improved non-corrosive resistive structure.

도 1a 내지 1g는 본 발명의 금속 구조체 제조 동안의 집적 회로의 단면도,1A-1G are cross-sectional views of an integrated circuit during fabrication of the metal structure of the present invention,

도 2는 본 발명의 예시적인 프로세스 단계들의 흐름도,2 is a flow chart of exemplary process steps of the present invention;

도 3은 본 발명의 퓨즈 절단 이전에 구리가 제거되는 구리 퓨즈의 평면도,3 is a plan view of a copper fuse in which copper is removed prior to cutting the fuse of the present invention;

도 4a 및 4b는 본 발명의 내화성, 예를 들면, TaN/Ta 퓨즈의 구조체의 측단면도,4A and 4B are side cross-sectional views of structures of fire resistance, eg, TaN / Ta fuses of the present invention;

도 5는 본 발명의 예시적인 프로세스 단계들을 도시하는 도면,5 illustrates exemplary process steps of the present invention;

도 6은 확산된 n 형의 종래의 저항 구조체의 단면도,6 is a cross-sectional view of a diffused n-type conventional resist structure;

도 7a는 본 발명의 트러프(trough)를 포함하는 대머신(damascene) 저항 구조물의 단면도,7A is a cross-sectional view of a damascene resistance structure including a trough of the present invention;

도 7b는 본 발명의 트러프, 비아 홀, 및 복수의 이중 대머신 막을 포함하는 이중 대머신 저항 구조물의 단면도,7B is a cross-sectional view of a dual damascene resistance structure comprising a trough, via hole, and a plurality of dual damascene membranes of the present invention;

도 7c는 본 발명의 트러프, 비아 홀, 및 절연물 충진 막을 포함하는 이중 대머신 저항 구조물의 다른 단면도,FIG. 7C is another cross-sectional view of a dual damascene resistor structure including a trough, via hole, and insulator filled membrane of the present invention; FIG.

도 7d는 본 발명의 트러프, 비아 홀, 및 복수의 이중 대머신 막을 포함하는 이중 대머신 저항 구조물의 단면도,FIG. 7D is a cross sectional view of a dual damascene resistance structure including a trough, via hole, and a plurality of dual damascene membranes of the present invention; FIG.

도 8은 본 발명의 트러프, 비아 홀 및 단일 대머신의 단일 트러프를 포함하는 이중 대머신 저항 구조물의 단면도,8 is a cross-sectional view of a dual damascene resistance structure comprising a trough, via hole and a single trough of a single damascene of the present invention;

도 9는 본 발명의 트러프, 비아 홀, 단일 대머신의 단일 트러프, 텅스텐(W) 비아 및 W 막을 포함하는 이중 대머신 저항 구조물의 단면도,9 is a cross-sectional view of a double damascene resistance structure comprising a trough, via hole, a single trough of a single damascene, a tungsten (W) via, and a W membrane of the present invention;

도 10은 본 발명의 저항 구조물을 형성하는 예시적인 프로세스를 설명하는 흐름도,10 is a flow chart illustrating an exemplary process of forming a resist structure of the present invention;

도 11은 본 발명의 저항 구조물을 형성하는 프로세스의 다른 실시예를 설명하는 흐름도,11 is a flow chart illustrating another embodiment of a process for forming a resist structure of the present invention;

도 12는 본 발명을 이용하는, 대머신 저항, ESD 네트워크, 및 주변 회로를 보유한 예시적인 회로를 도시하는 도면,12 illustrates an example circuit having a damascene resistor, an ESD network, and a peripheral circuit utilizing the present invention;

도 13은 본 발명을 이용하는, RC 트리거형 MOSFET 네트워크의 일부로서 대머신 저항(DR)을 보유한 예시적인 회로를 도시하는 도면,FIG. 13 shows an exemplary circuit having a damascene resistor (DR) as part of an RC triggered MOSFET network utilizing the present invention; FIG.

도 14는 본 발명을 이용하는, RC 트리거형 ESD 파워 클램프의 일부로서 대머신 저항을 보유한 예시적인 회로를 도시하는 도면,FIG. 14 shows an exemplary circuit having a damascene resistor as part of an RC triggered ESD power clamp, utilizing the present invention;

도 15는 본 발명에 따라 MOSFET와 접촉하는 W 컨택트를 도시한 예시적인 회로를 도시하는 도면.FIG. 15 illustrates an exemplary circuit illustrating W contacts in contact with a MOSFET in accordance with the present invention. FIG.

본 발명의 바람직한 실시예가 아래에 상세히 설명된다. 특정 실시예에 대하여 설명되어 있지만, 이러한 실시예는 단지 설명을 위한 것임을 알아야 한다. 당업자는 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성 요소 및 구성이 가능할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.Preferred embodiments of the invention are described in detail below. Although specific embodiments have been described, it should be understood that such embodiments are for illustrative purposes only. Those skilled in the art will appreciate that other components and configurations may be possible without departing from the spirit and scope of the invention.

본 발명의 개요(Overview of Present Invention)Overview of Present Invention

금속 퓨즈를 레이저로 소거하면 퓨즈 부근의 배선 도체가 부식될 수 있다. 최종 금속(LM) 라인의 일부는 끊어지지 않은 퓨즈에서는 그대로 남아 있지만, 끊어진 퓨즈에서는 소거되어 높은 저항을 제공한다. 끊어진 구리 배선 퓨즈는 인접 배선 도체의 구리 부분을 차단 또는 제거함으로써 부식을 야기할 수 있다. 퓨즈는 적외선(IR) 레이저를 금속 라인에 조사함으로써 끊어질 수 있다. 본 발명은 퓨즈 링크와 배선의 남은 부분 사이의 영역에 있는 배선 도체의 구리 부분을 차단 및/또는 제거함으로써 그 끊어진 구리 배선 퓨즈가 부식될 가능성을 제거한다. 구리(Cu)는 최종 패시베이션 층이 웨이퍼 상에 증착되고 최종 금속(LM) 본드 패드가 개방되기 전에 제거될 수 있다. 레이저 제거에 앞서, 퓨즈 링크는, 구리 증착과 대머신 금속 충진에 앞서 증착되는 내부식성의 탄탈 질화물 탄탈(TaN/Ta)에 의해 회로의 나머지(rest)에 전기적으로 연결된 상태로 남을 수 있다.Laser erasing a metal fuse can corrode wiring conductors near the fuse. Part of the final metal (LM) line remains in the blown fuse, but is erased in the blown fuse to provide high resistance. A blown copper wiring fuse can cause corrosion by blocking or removing copper portions of adjacent wiring conductors. The fuse can be blown by irradiating an infrared (IR) laser to the metal line. The present invention eliminates the possibility of corrosion of the broken copper wiring fuse by blocking and / or removing the copper portion of the wiring conductor in the region between the fuse link and the remainder of the wiring. Copper (Cu) may be removed before the final passivation layer is deposited on the wafer and the final metal (LM) bond pads open. Prior to laser removal, the fuse link may remain electrically connected to the rest of the circuit by corrosion resistant tantalum nitride tantalum (TaN / Ta) deposited prior to copper deposition and damascene metal filling.

퓨즈 부식 재성장에 대하여 내화성의 구성 요소 장벽(barrier)을 형성하는 예시적인 제조 시퀀스는 다음 단계를 포함할 수 있다.An exemplary manufacturing sequence for forming a fire resistant component barrier for fuse corrosion regrowth may include the following steps.

1. 리소그래피 패터닝, 에칭, TaN/Ta 라이너(liner)를 증착, 구리를 증착 및 화학 기계적 폴리싱(CMP)을 이용하여 최종 금속(LM) 배선 레벨 및 퓨즈를 대머신하는 단계와,1. Using the lithographic patterning, etching, TaN / Ta liner deposition, copper deposition and chemical mechanical polishing (CMP) to substitute the final metal (LM) wiring level and fuse,

2. 퓨즈 위에 하나이상의 개구를 리소그래피 패터닝하는 단계와,2. lithographic patterning one or more openings on the fuse;

3. 예를 들어, 수용성의 수산화 과황산염 또는 황산과 과산화수소의 묽은 혼합물과 같이, 구리에 선택적이고 라이너를 어택(attack)하지 않는 에칭제를 이용하여 노출된 구리를 제거하는 단계와,3. removing the exposed copper using an etchant that is selective to copper and does not attack the liner, such as, for example, a water soluble hydroxide persulfate or a dilute mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide;

4. 레지스트를 제거하고 최종 패시베이션 막을 증착하며, 최종 패시베이션 막에서 단자 금속 접점 홀을 정의하는 프로세싱을 완료하는 단계 및4. Complete the processing of removing the resist and depositing the final passivation film and defining terminal metal contact holes in the final passivation film; and

5. 퓨즈를 전기적으로 테스트하고 레이저로 제거하는 단계로서, 퓨즈는 라이너의 세그먼트와, "라이너 만(liner only)"의 구조물에 의해 적어도 한 측면상에서 분리되어 있는 구리 LM 라인의 세그먼트 중 적어도 하나로 구성되어 있는 상기 단계.5. Electrically testing and laser removing the fuse, wherein the fuse comprises at least one of a segment of the liner and a segment of copper LM line separated on at least one side by a "liner only" structure. Said step.

도 1은 후술하는 이 구조의 단면도를 도시한다.1 shows a cross-sectional view of this structure described later.

내화성 요소를 형성하기 위한 다른 예시적인 제조 시퀀스는 다음의 단계, 즉Another exemplary manufacturing sequence for forming a fire resistant element is the following step, namely

1. 리소그래피 패터닝, 에칭, TaN/Ta 라이너의 증착, 구리를 증착하고 화학 기계적 폴리싱(CMP)을 이용하여, 최종 금속(LM)을 대머신하는 단계와,1. lithographic patterning, etching, deposition of TaN / Ta liner, depositing copper and using chemical mechanical polishing (CMP) to machine the final metal (LM),

2. 표준 플라즈마로 사전처리하고 이에 후속하여 장벽 질화물층을 증착하는 단계와,2. pretreatment with standard plasma followed by deposition of the barrier nitride layer;

3. 웨이퍼를 패터닝하고, 퓨즈 윈도우를 개방하고, 질화물을 에칭하고 Ta에 선택적으로 구리를 에칭하는 단계와,3. patterning the wafer, opening the fuse window, etching the nitride and selectively etching copper to Ta;

4. 최종 패시베이션 산화물/질화물을 증착하고, 표준 단자 비아를 통해 웨이퍼를 프로세싱하며 레이저로 퓨즈를 끊는 단계를 포함할 수 있다.4. Depositing the final passivation oxide / nitride, processing the wafer through a standard terminal via and blown with a laser.

도 3, 도 4a 및 도 4b는 후술하는 이 방법을 사용하여 구조를 제조하는 여러 단면도를 도시한다.3, 4A and 4B show several cross-sectional views of fabricating a structure using this method described below.

본 발명은 최종 패시베이션층이 웨이퍼상에 증착되고 최종 금속(LM) 본드 패드가 단자 비아(TV) 에칭에서 개방되기 전에 퓨즈 영역으로부터 구리를 제거함으로써, 끊어진 구리 배선 퓨즈가 부식될 가능성을 제거한다. 이것은 LM CMP, 퓨즈 윈도우를 패터닝하고 퓨즈로부터 구리를 제거한 직후에 추가 블록 마스크 레벨을 부가함으로써 수행될 수 있다. 구리 제거 후에, 이 최종 패시베이션은 증착될 수 있고 웨이퍼에 대해 표준 TV와 퓨즈 끊기 동작이 실행될 수 있다.The present invention eliminates the possibility of a broken copper wiring fuse being corroded by removing copper from the fuse region before the final passivation layer is deposited on the wafer and the final metal (LM) bond pad is opened in the terminal via (TV) etch. This can be done by patterning the LM CMP, fuse window and adding an additional block mask level immediately after removing copper from the fuse. After copper removal, this final passivation can be deposited and a standard TV and fuse blow operation can be performed on the wafer.

본 발명의 이점은 레이저 소거 영역이 완전히 패시베이션된 내부식성 TaN/Ta의 링크에 의해 구리 회로의 잔여부분으로부터 분리된다는 점이다. 본 발명의 하나의 실시예에서 퓨즈는 TaN/Ta의 일부일 수 있고, 다른 실시예에서 퓨즈는 TaN/Ta 링크에 인접한 TaN/Ta/Cu 라인의 적합한 크기의 일부일 수 있다. 본 발명의 구조는 부식과 연관된 제거된 퓨즈가 제거된 영역의 칩 배선 혹은 브리징에 확산될 가능성을 본질적으로 제거한다.An advantage of the present invention is that the laser erasure region is separated from the remainder of the copper circuit by a link of the fully passivated corrosion resistant TaN / Ta. In one embodiment of the present invention the fuse may be part of TaN / Ta, and in another embodiment the fuse may be part of a suitable size of TaN / Ta / Cu line adjacent to the TaN / Ta link. The structure of the present invention essentially eliminates the possibility that the removed fuse associated with corrosion will spread to the chip wiring or bridging in the removed area.

본 발명의 다른 이점은 완전히 패시베이션된 부식 저항 TaN/Ta 링크가 저항으로 사용될 수 있다는 점이다. 낮은 커패시턴스와 높은 저항을 갖는 저항 구조는 물리적으로 소형이고 높은 용융점을 갖는다.Another advantage of the present invention is that a fully passivated corrosion resistant TaN / Ta link can be used as the resistor. The resistive structure with low capacitance and high resistance is physically small and has a high melting point.

본 발명의 특정한 실시예의 구현의 예Examples of implementations of certain embodiments of the invention

도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 퓨즈 제조 동안의 집적 회로의 단면도를 도시한다. 도 2는 도 1a 내지 도 1g에서 도시된 구조를 제조하는 기법의 예를 설명하는 흐름도(200)를 도시한다.1A-1G illustrate cross-sectional views of an integrated circuit during fuse manufacture of the present invention. FIG. 2 shows a flow chart 200 illustrating an example of a technique for manufacturing the structure shown in FIGS. 1A-1G.

도 2에서 단계(202)에서 시작하여 단계(204)로 곧바로 진행한다. 단계(204)에서, 레지스트층, 산화물층 및 최종 금속 마이너스 1(LM-1)층을 포함하는 퓨즈 라인이 형성될 수 있다. 구체적으로, 퓨즈 라인은 앞서 증착된 산화물층 위에 레지스트층을 배치함으로써 형성된다. 산화물층은 예를 들어, 실리콘 이산화물 같은 물질을 포함할 수 있는데, 예를 들어 플라즈마 여기 화학 기상 증착(PECVD) 같은 종래의 방법을 사용하여 앞서 증착된 LM-1층위에 증착된다. 단계(204)에서 형성된 구조의 예가 도 1a에 도시되어 있다.Beginning at step 202 in FIG. 2 and proceeding straight to step 204. In step 204, a fuse line may be formed that includes a resist layer, an oxide layer, and a final metal minus 1 (LM-1) layer. Specifically, the fuse line is formed by disposing a resist layer over the previously deposited oxide layer. The oxide layer may include, for example, a material such as silicon dioxide, which is deposited over the previously deposited LM-1 layer using conventional methods such as, for example, plasma excited chemical vapor deposition (PECVD). An example of the structure formed in step 204 is shown in FIG. 1A.

도 1a는 차례로 최종 금속 마이너스 1(LM-1)층 세그먼트(108a 및 108b)를 덮을 수 있는 내부층 유전체(ILD) 산화물층(106)상에 형성되는 레지스트 세그먼트(102a 및 102b)를 포함하는 반도체 구조를 도시한다.FIG. 1A illustrates a semiconductor comprising resist segments 102a and 102b formed over an inner layer dielectric (ILD) oxide layer 106 that may in turn cover the final metal negative 1 (LM-1) layer segments 108a and 108b. The structure is shown.

단계(204)로부터, 흐름도(200)는 단계(206)로 진행할 수 있다. 단계(206)에서, 산화물층은 "라인-트렌치"를 생성하기 위해 에칭될 수 있고, 레지스트층은 스트리핑(striping)될 수 있다.From step 204, the flowchart 200 can proceed to step 206. In step 206, the oxide layer may be etched to create a “line-trench” and the resist layer may be stripped.

도 1b는 산화물층(106)을 에칭하여 전형적인 라인 트렌치 및 페디스털(pedestal)을 포함하는 산화물층(106a)을 생성하는 도 1a의 반도체 구조를 도시한다. 라인 트렌치는 레지스트 세그먼트(102a 및 102b)를 스트리핑함으로써 산화물층(106a)내에 형성된다. LM-1 세그먼트(108a 및 108b)는 산화물 ILD층(106a)에 의해 덮여진 채로 남아 있다.FIG. 1B shows the semiconductor structure of FIG. 1A etching the oxide layer 106 to produce an oxide layer 106a comprising a typical line trench and pedestal. Line trenches are formed in oxide layer 106a by stripping resist segments 102a and 102b. LM-1 segments 108a and 108b remain covered by oxide ILD layer 106a.

단계(206)로부터, 흐름도(200)는 단계(208)로 진행할 수 있다. 단계(208)에서, 레지스트를 도포하고, 비아 홀이 LM-1층 배선에 연결되길 원하는 부분을 덮지 않도록 하는 마스크 혹은 레티클을 이 레지스트 위에 사용하여 이미지를 개방할 수 있다. 이 물질의 결과적인 구조가 도 1c에 도시되어 있다.From step 206, the flowchart 200 can proceed to step 208. In step 208, a resist may be applied and a mask or reticle over the resist may be used to open the image so that the via holes do not cover the portion desired to be connected to the LM-1 layer wiring. The resulting structure of this material is shown in Figure 1c.

도 1c는 레지스트 세그먼트(110a,110b,110c)를 도포하고, 트렌치의 벽을 보호함과 아울러 ILD 산화물(106a)을 통하여 LM-1 세그먼트(108a,108b)로의 비아 홀(via hole)이 될 것이 의도되는 부분이 보호되지 않은 채 남기는 이미지 마스크를 산화물(106a) 위에 개방하는 것에 후속하는 도 1b의 반도체 구조를 도시한다.1C will apply resist segments 110a, 110b, 110c, and will protect the walls of the trench, as well as via holes through the ILD oxide 106a to the LM-1 segments 108a, 108b. The semiconductor structure of FIG. 1B is followed by opening an image mask over oxide 106a leaving the intended portion unprotected.

웨이퍼를 정지하거나 회전하는 상태로 포토레지스트를 디스펜싱할 수 있다. 균일한 레지스트 두께가 바람직하다.The photoresist can be dispensed with the wafer stopped or rotated. Uniform resist thickness is preferred.

레지스트 코팅이 완료된 다음, 웨이퍼는 특정 온도 및 시간에서 직접 도전(direct conduction)에 의하여 베이킹될 수 있는 소프트베이크 스테이션(softbake station)으로 이송될 수 있다.After the resist coating is completed, the wafer can be transferred to a softbake station that can be baked by direct conduction at a specific temperature and time.

레지스트 막은 특정 파장의 자외선(UV)에 대하여 민감하다. 웨이퍼/레지스트 조합은 마스크 정렬기(mask aligner)로 삽입될 수 있는데, 마스크 정렬기는 광학계, UV 광원 및 마스크 또는 레티클상에 포함된 회로층 이미지를 포함할 수 있으며, 이 회로 층 이미지가 레지스트 막으로 전사될 것이다.The resist film is sensitive to ultraviolet light (UV) of a specific wavelength. The wafer / resist combination may be inserted into a mask aligner, which may include optics, UV light sources, and circuit layer images contained on the mask or reticle, which circuit layer images may be incorporated into the resist film. Will be killed.

현상 단계(development step)는 포지티브 (또는 네거티브) 포토레지스트 막에서 노출된 (또는 노출되지 않은) 영역을 선택적으로 제거함으로써 마스크 이미지를 형성할 수 있다. 웨이퍼는 현상기/하드베이크(hardbake) 트랙상으로 카세트(cassette) 로딩될 수 있고, 현상 스테이션으로 전송될 수 있다. 웨이퍼가 잠기도록 현상 용액이 디스펜싱될 수 있고, 현상 절차가 진행되는 동안 웨이퍼는 유휴 상태로 남아 있을 수 있으며, 그런 다음 스핀/린스 사이클이 그 프로세스를 완료시킬 수 있다. 또 다른 기법은 웨이퍼가 교반(agitation)을 이용하여 일괄 현상되는 온도 제어형 조(bath)를 이용할 수 있다.The development step may form a mask image by selectively removing exposed (or unexposed) areas of the positive (or negative) photoresist film. The wafer can be cassette loaded onto a developer / hardbake track and transferred to a developing station. The developing solution may be dispensed so that the wafer is immersed, the wafer may remain idle while the developing procedure is in progress, and then the spin / rinse cycle may complete the process. Another technique may use a temperature controlled bath in which the wafer is batch developed using agitation.

흐름도(200)는 단계(208)로부터 단계(210)로 이어질 수 있다. 단계(210)에서, 산화물층은 산화물층내에 LM-1층으로의 비아 홀을 만들도록 선택적으로 에칭되고, 그런 다음 레지스트층이 제거될 수 있다. 단계(210)에 의하여 형성된 결과 구조가 도 1d에 도시되고 있다.Flowchart 200 may continue from step 208 to step 210. In step 210, the oxide layer is selectively etched to make via holes to the LM-1 layer in the oxide layer, and then the resist layer can be removed. The resulting structure formed by step 210 is shown in FIG. 1D.

패터닝된 포토레지스트는 에칭될 하부 물질을 노출시킬 수 있다. 포토레지스트는 좋은 접착성(adhesion) 및 이미지 연속성을 가지는 습윤 (산) 및 드라이 (플라즈마 또는 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching : RIE)) 에칭 환경 뿐만 아니라 주입 마스크로서 이용되는 경우 주입빔(implanter beam)의 힘을 버티어낼 만큼 충분히 강인할 수 있다.The patterned photoresist may expose the underlying material to be etched. Photoresists are implant beams when used as implant masks, as well as wet (acid) and dry (plasma or reactive ion etching (RIE)) etching environments with good adhesion and image continuity. It can be strong enough to stand the power of.

레지스트 스트리핑은 후속 프로세스에서의 오염을 방지하기 위하여 마스킹 프로세스 후에 포토레지스트를 완전히 제거하는 것을 포함할 수 있다. 하부 물질에 나쁜 영향을 미치지 않고 포지티브 및 네거티브 포토레지스트(+PR 및 -PR)를 제거하는데 많은 포토레지스트 용제 (미리 섞여진) 스트리퍼가 이용 가능하다. 온도 제어형 조는 포토레지스트의 일괄 스트리핑 및 이에 후속하는 적절한 린싱에 이용될 수 있다. 오존 플라즈마(O3)가 또한 포토레지스트를 제거하는데 효과적일 수 있다.Resist stripping may include completely removing the photoresist after the masking process to prevent contamination in subsequent processes. Many photoresist solvent (premixed) strippers are available for removing positive and negative photoresist (+ PR and -PR) without adversely affecting the underlying material. Temperature controlled baths can be used for batch stripping of the photoresist and subsequent proper rinsing. Ozone plasma (O 3 ) may also be effective to remove the photoresist.

도 1d는 산화물(106a)을 에칭하고 레지스트 세그먼트(110a,110b)를 스트리핑하며 LM-1 배선 세그먼트(108a,108b)로의 에칭된 비아 홀에 의해서 분리된 산화물 세그먼트(106b,106c,106d)를 형성한 후의 도 1c의 반도체 구조를 도시하고 있다.1D forms oxide segments 106b, 106c and 106d that are etched oxide 106a and stripping resist segments 110a and 110b and separated by etched via holes to LM-1 wiring segments 108a and 108b. After that, the semiconductor structure of FIG. 1C is shown.

흐름도(200)는 단계(210)로부터 단계(212)로 이어질 수 있다. 단계(212)에서는, 라이너(liner)가 증착되고, 대머신(damascene) 금속화 프로세스를 이용하여 트렌치 및 비아 홀을 구리 금속으로 충진하며, 대머신 퓨즈가 이미징될 수 있다. 저 저항 경로를 만들기 위한 반도체 처리 과정에서 금속이 이용된다. 금속은 화학적 기상 증착(CVD) 프로세스 또는 물리적 기상 증착(PVD) 스퍼터링(sputtering) 프로세스에 의하여 증착될 수 있다. 예컨대, CVD를 이용하면, WF6가 W를 증착하는데 이용될 수 있다. 구리는 스퍼터링 프로세스 또는 전기 도금에 의하여 증착될 수 있다. 물리적 기상 증착은 증발(evaporation) 금속화 프로세스 및 스퍼터링 증착 프로세스에 의하여 이루어질 수 있다. 구리 증착은 Cu 및 Si 사이의 라이너 또는 장벽층으로서 Ta 또는 TaN을 사용하여 수행될 수 있다. 단계(212)에서 형성된 트렌치 및 비아를 구리로 대머신 충진하는 것에 후속하는 결과적인 구조가 도 1e에 도시된다.Flowchart 200 may continue from step 210 to step 212. In step 212, a liner is deposited, filling trenches and via holes with copper metal using a damascene metallization process, and the damascene fuses can be imaged. Metals are used in semiconductor processing to make low resistance paths. The metal may be deposited by a chemical vapor deposition (CVD) process or a physical vapor deposition (PVD) sputtering process. For example, using CVD, WF 6 can be used to deposit W. Copper may be deposited by sputtering processes or electroplating. Physical vapor deposition can be accomplished by evaporation metallization processes and sputter deposition processes. Copper deposition can be performed using Ta or TaN as a liner or barrier layer between Cu and Si. The resulting structure following damaging the trenches and vias formed in step 212 with copper is shown in FIG. 1E.

도 1e는 트렌치내에 라이너를 증착하고 트렌치 및 산화물 세그먼트(106a,106b,106d)에 의하여 형성된 LM-1 세그먼트(108a,108b)에 대한 비아를 금속 충진한 후의 도 1d의 반도체 구조를 도시하고 있다.FIG. 1E illustrates the semiconductor structure of FIG. 1D after depositing a liner in the trench and metal filling the vias for the LM-1 segments 108a, 108b formed by the trench and oxide segments 106a, 106b, 106d.

흐름도(200)는 단계(212)로부터 단계(214)로 이어진다. 단계(214)에서는, 레지스트가 도포되고, 금속층의 에칭을 허용할 수 있도록 퓨즈 부식 차단 트렌치가 이미징될 수 있다. 단계(214)에서 형성된 결과적 구조는 도 1f에 도시되고 있다.Flowchart 200 continues from step 212 to step 214. In step 214, a resist is applied and a fuse corrosion isolation trench can be imaged to allow etching of the metal layer. The resulting structure formed in step 214 is shown in FIG. 1F.

도 1f는 대머신 충진 퓨즈(114)의 일부를 보호되지 않은 채 남기는 레지스트의 이미징 후의 도 1e의 반도체 구조를 도시하는데, 이러한 대머신 충전 퓨즈(114)의 일부는 에칭되어 퓨즈 부식 차단 트렌치를 형성할 것이다. 레지스트 세그먼트(112a,112b,112c)는 하부 퓨즈(114) 및 산화물 부분(106a,106d)을 보호한다.FIG. 1F illustrates the semiconductor structure of FIG. 1E after imaging of the resist leaving a portion of the damascene charge fuse 114 unprotected, wherein a portion of this damascene charge fuse 114 is etched to form a fuse corrosion blocking trench. something to do. Resist segments 112a, 112b, 112c protect lower fuse 114 and oxide portions 106a, 106d.

단계(214)로부터 흐름도(200)는 단계(216)으로 계속될 수 있다. 단계(216)에서, 구리에 대해 선택적이고 라이너를 어택하지 않는 에칭제를 이용함으로써 대머신 퓨즈(114)를 에칭하여 금속 퓨즈내에 부식 차단 트렌치가 형성되며, 레지스트가 스트리핑될 수 있다. 예컨대, 습식 에칭 및 건식 에칭을 포함하는 다양한 에칭 기법이 이용될 수 있다. 습식 에칭은 불화수소산과 물의 다양한 혼합물(예컨대, 10:1, 6:1, 100:1)을 이용할 수 있으며, 더욱 느리게 보다 잘 제어되는 에칭 레이트를 위해 암모늄 불화물과 같은 완충제를 포함할 수 있다. 습식 에칭은 비교적 저렴하지만, 등방성 프로세스이기 때문에, 즉, 모든 방향에서 거의 동일한 레이트로 진행하기 때문에 심각한 언더커팅을 또한 초래할 수 있고, 이것은 비실용적일 수 있다. 이러한 침식을 피하기 위해, 예컨대, 글로 방전을 이용해 내화성 가스를 이온화(즉, 반응성 이온 에칭(RIE) 물리적 스퍼터링)하는 건식 또는 플라즈마 에칭 기술을 이용해서 고밀도 회로에 유용한 바로 이방성(즉, 방향성) 에칭 특징을 설정할 수 있다. 건식 에칭 프로세스에 실리콘 이산화물 위의 실리콘 질화물과 같은 복수 층이 관련된 경우, 가용 에칭제에서 이들 두 재료의 상대적인 에칭 레이트를 아는 것이 중요하다. 이러한 "선택도"는 하부층들의 현저한 에칭이 발생할지의 여부를 결정한다. 플라즈마 에칭 프로세스는 본래 기본적으로 화학적이기 때문에 RIE 물리적 스퍼터링 프로세스에 비해 양호한 선택도를 나타낸다. 단계(216)에 의해 형성된 결과적인 구조물이 도 1g에 도시되어 있다. 단계(216)로부터 흐름도는 단계(218)로 즉시 종료될 수 있다.From step 214, the flowchart 200 can continue to step 216. In step 216, the damascene fuse 114 is etched by using an etchant that is selective to copper and does not attack the liner to form a corrosion barrier trench in the metal fuse, and the resist may be stripped. For example, various etching techniques can be used, including wet etching and dry etching. Wet etching may utilize various mixtures of hydrofluoric acid and water (eg, 10: 1, 6: 1, 100: 1) and may include buffers such as ammonium fluoride for slower and better controlled etch rates. Wet etching is relatively inexpensive, but can also result in severe undercutting because it is an isotropic process, ie, proceeding at about the same rate in all directions, which can be impractical. To avoid this erosion, the very anisotropic (i.e., directional) etching feature useful for high density circuits using dry or plasma etching techniques, for example, ionizing (i.e., reactive ion etching (RIE) physical sputtering) refractory gases using glow discharge. Can be set. If the dry etching process involves multiple layers, such as silicon nitride over silicon dioxide, it is important to know the relative etch rates of these two materials in the soluble etchant. This "selectivity" determines whether significant etching of underlying layers will occur. Plasma etching processes are inherently chemical in nature and thus exhibit good selectivity over RIE physical sputtering processes. The resulting structure formed by step 216 is shown in FIG. 1G. The flow chart from step 216 may end immediately to step 218.

도 1g에는 구리에 대해 선택적이면서 라이너를 어택하지 않는 에칭제를 이용해서 구리 금속 퓨즈를 에칭한 후, 레지스트 부분(112a, 112b, 112c)을 스트리핑하여, 나머지 TaN/Ta 라이너 세그먼트(114b, 114d) 또는 스터브의 얇은 부식 차단 트렌치 부분과 구리 세그먼트(114a, 114c, 114e)가 남겨진, 도 1f의 반도체 구조물이 도시되어 있다. TaN/Ta 스터브(114b, 114d)는 환경에 노출되어 남겨지며 부식되지 않는다. 따라서, 단지 단일의 저항성 요소를 생성한다기 보다는(이후 도 7 내지 15와 관련해서 더욱 상세히 설명됨), 도 1a∼1g에는 퓨즈의 각 측면상에 비부식성 라이너(114b, 114d)를 갖는 퓨즈(114c)를 형성하는 것이 도시되어 있다. 퓨즈 라인(114c)의 레이저 소거(또한 세그먼트(114c) 하부의 라이너를 제거)한 후 라이너 스터브(114b, 114d)가 남는다. 스터브(114b, 114d)는 라이너 재료 TaN/Ta로 제조되기 때문에, 즉, 비교적 고저항성 및 내화성이므로, 부식하지 않고, 따라서 이전에 퓨즈 링크(114c)가 존재했던 영역을 가로지르는 재성장은 발생할 수 없다. 저항성인 비부식성 재료는 이후 도 7 내지 15를 참조해서 더 자세히 설명되는 바와 같이 저항로서 이용될 수 있다. 라이너 재료, 예컨대, Ta, α-Ta 및 TaN의 비부식성 특성, 즉, 내화성 특징은 이 재료를 양호한 저항이 되게 한다. 구체적으로, 재료가 대신에 부식성인 경우 저항율이 재료의 부식에 따라 변화하게 되므로 저항으로서 유용하지 않게 된다.In FIG. 1G, the copper metal fuse is etched using an etchant that is selective for copper and does not attack the liner, and then strips the resist portions 112a, 112b, 112c to rest the TaN / Ta liner segments 114b, 114d. Alternatively, the semiconductor structure of FIG. 1F is shown, leaving a thin corrosion blocking trench portion of the stub and copper segments 114a, 114c, 114e. TaN / Ta stubs 114b and 114d are left exposed to the environment and do not corrode. Thus, rather than merely creating a single resistive element (described in more detail with respect to FIGS. 7-15), FIGS. 1A-1G show fuses having non-corrosive liners 114b and 114d on each side of the fuse. Forming 114c). Liner stubs 114b and 114d remain after laser ablation of fuse line 114c (also remove liner under segment 114c). Since the stubs 114b and 114d are made of the liner material TaN / Ta, i.e. relatively high resistance and fire resistance, they do not corrode and thus no regrowth across the area where the fuse link 114c previously existed can occur. . Resistant noncorrosive materials can be used as resistors as described in more detail below with reference to FIGS. 7 to 15. The noncorrosive properties, ie fire resistance properties of liner materials such as Ta, α-Ta and TaN, make this material a good resistance. In particular, if the material is instead corrosive, the resistivity changes with corrosion of the material and thus is not useful as a resistance.

도 3에는 본 발명의 퓨즈 절단에 앞서 구리가 제거된 구리 퓨즈의 평면도(300)가 도시되어 있다. 평면도(300)는 퓨즈 베이(302) 및 퓨즈(306) 및 비아 홀(304)를 예시한다.3 shows a top view 300 of a copper fuse with copper removed prior to cutting the fuse of the present invention. Top view 300 illustrates fuse bay 302 and fuse 306 and via hole 304.

도 4a 및 4b에는 도 3에 도시된 구조물의 횡단면도가 도시되어 있다. 도 4a에는 TaN/Ta 퓨즈(306), 봄 차폐물(bomb shelter)로 칭해지는 비아 홀(304a, 304b), TaN/Ta/Cu 부분(402a, 402b) 및 유전체 2(404)를 포함하는 횡단면도(400)가 포함되어 있다. 도 4b에는 TaN/Ta 퓨즈(306), 유전체 1(408) 및 유전체 2(404)를 포함하는 횡단면도(410)가 도시되어 있다.4A and 4B show cross-sectional views of the structure shown in FIG. 3. 4A is a cross-sectional view that includes a TaN / Ta fuse 306, via holes 304a and 304b referred to as bomb shelter, TaN / Ta / Cu portions 402a and 402b and dielectric 2 404. 400). 4B is a cross-sectional view 410 including a TaN / Ta fuse 306, dielectric 1 408 and dielectric 2 404.

도 5에는 예시적인 제조 시퀀스의 단계들의 흐름도(500)가 도시되어 있다. 흐름도는 단계(502)로 시작해서 단계(504)로 즉시 시작할 수 있다.5 is a flow diagram 500 of the steps of an exemplary manufacturing sequence. The flow chart can begin with step 502 and begin immediately with step 504.

단계(504)에서, 흐름도(500)는 리소그래피 패터닝, 에칭, TaN/Ta 라이너의 증착, 구리의 증착 및 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing:CMP)를 이용해서 최종 금속(last metal:LM) 배선 레벨 및 퓨즈를 대머신하는 단계가 예시되어 있다. 단계(504)로부터 흐름도(500)는 단계(506)으로 계속될 수 있다.In step 504, flow chart 500 illustrates a final metal (LM) wiring level using lithography patterning, etching, deposition of TaN / Ta liners, deposition of copper, and chemical mechanical polishing (CMP). And replacing the fuse is illustrated. Flowchart 500 may continue from step 504 to step 506.

단계(506)에서, 흐름도(500)는 표준 플라즈마 사전처리 단계에 후속될 수 있는 장벽 질화물 층을 증착시키는 단계를 예시한다. 단계(506)로부터 흐름도(500)는 단계(508)로 계속될 수 있다.In step 506, the flowchart 500 illustrates depositing a barrier nitride layer that may follow a standard plasma pretreatment step. Flowchart 500 may continue from step 506 to step 508.

단계(508)에서, 흐름도(500)는 웨이퍼를 패터닝하고, 퓨즈 윈도우를 개방하며, 질화물을 에칭하고 Ta에 대해 선택적으로 구리를 에칭하는 단계를 예시한다. 단계(508)로부터 흐름도(500)는 단계(510)로 계속될 수 있다.In step 508, the flowchart 500 illustrates the step of patterning the wafer, opening the fuse window, etching the nitride and selectively etching copper for Ta. From step 508 the flowchart 500 can continue to step 510.

단계(510)에서, 흐름도(500)는 최종 패시베이션 산화물/질화물을 증착시키고, 표준 단자 비아를 통해 웨이퍼를 처리하고 퓨즈를 레이저 절단하는 단계를 예시한다. 단계(510)로부터 흐름도(500)는 단계(512)로 계속될 수 있다. 단계(512)에서 흐름도(500)는 종료될 수 있다.In step 510, flowchart 500 illustrates depositing the final passivation oxide / nitride, processing the wafer through standard terminal vias and laser cutting the fuse. Flowchart 500 may continue from step 510 to step 512. In step 512, the flowchart 500 may end.

본 발명은 최종 패시베이션층이 웨이퍼상에 증착되고 최종 금속(LM) 본딩 패드가 단자 비아(TV) 에칭으로 개방되기 전에 퓨즈 영역으로부터 구리를 제거함으로써 절단된 구리 배선 퓨즈가 부식할 가능성을 제거한다. 이것은 LM CMP 퓨즈 윈도우를 패터닝하고, 퓨즈로부터 구리를 제거한 직후에 추가의 블록 마스크 레벨을 부가함으로써, 수행될 수 있다. 구리 제거 이후에, 최종 패시페이션이 증착될 수 있고 웨이퍼는 표준 TV 및 퓨즈 절단 동작을 통해 실행될 수 있다.The present invention eliminates the possibility that the cut copper wiring fuses will corrode by removing copper from the fuse area before the final passivation layer is deposited on the wafer and the final metal (LM) bonding pads are opened with terminal via (TV) etching. This can be done by patterning the LM CMP fuse window and adding an additional block mask level immediately after removing copper from the fuse. After copper removal, the final passivation can be deposited and the wafer can be run through standard TV and fuse cutting operations.

도 6은 종래 기술의 확산된 n형 저항 구조(600)의 단면을 도시한다. 저항 구조(600)는 p형 분리 영역(604)에 의해 n형 기판으로부터 분리된 n형 확산 저항(602)을 포함한다. 확산된 n형 확산 저항(602)상에는 절연체 세그먼트(608a, 608b, 608c)에 의해 분리된 상호접속부(606a, 606b)가 증착된다. 저항 밸러스팅(ballasting)을 위해 전형적으로 사용되는 종래 기술의 저항(602)은 실리콘 자체의 높은 캐패시턴스, 누설, 온도 특성의 단점을 가지며, 기판에 브레이크다운 현상이 있을 수 있다.6 shows a cross section of a diffused n-type resist structure 600 of the prior art. Resistor structure 600 includes an n-type diffusion resistor 602 separated from an n-type substrate by p-type isolation region 604. On the diffused n-type diffusion resistor 602, interconnects 606a, 606b separated by insulator segments 608a, 608b, 608c are deposited. Prior art resistors 602, which are typically used for resistance ballasting, suffer from the disadvantages of high capacitance, leakage, and temperature characteristics of silicon itself, and there may be breakdown in the substrate.

도 7a는 본 발명의 트러프(trough)를 포함하는 예시적인 대머신 저항 구조의 횡단면도(700)를 도시한다. 구체적으로, 횡단면도(700)는 절연체 부분(704a, 704b, 706a, 706b)에 의해 둘러싸인 트러프(702)를 포함한다. 횡단면도(700)는 낮은 K 재료, 예를 들어 실리콘 이산화물일 수 있는 백 엔드 오브 라인(back end of line : BEOL) 절연체를 포함한다. 트렌치는, 예를 들어 건식 에칭 및 표준 백 엔드 처리에 의해 형성될 수 있다. 그런 다음 라이너 재료는, 예를 들어 탄탈 질화물과 같은 접착막과, 이에 후속하는 탄탈막 다음에 놓여질 수 있다. 구리는 트렌치의 공동(cavity) 내부에 증착될 수 있다. 본 발명의 실시예에 있어서, 구리는 윈도우를 통해 제거될 수 있다. 트러프(702)의 트렌치는, 예를 들어 절연체(708)로 재충진될 수 있거나, 또는 공기 중에 남겨질 수 있다. 높은 재료 저항성을 제공하기 위해 구리가 제거된다. 라이너, 예를 들어 Ta, α-Ta, TaN은 효과적인 저항 구조로서 작용한다(도 7b 참조). 탄탈막은 도 7b에 도시된 바와 같이 단일 대머신 또는 이중 대머신 구조일 수 있다. 구리는 또한 탄탈막보다 낮은 용융점을 가지며, 따라서 구조를 더 가열시킬 때에 고장이 발생할 가능성이 높을 수 있다. 열 특성은 충진재에 따라 달라진다. 당업자라면 절연체(706a, 706b)는, 예를 들어 금속 또는 유전체층과 같은 다른 재료를 포함할 수 있음이 명백할 것이다. 트렌치를 높은 유전체 재료로 충진함으로써, ESD 강인성이 증가된다. 절연체의 고장에 대한 파워는 공기에 대한 강인성을 증강시킨다. 공기의 장점은 그것이 비부식성이고, 상부층 또는 상부 영역으로의 열 전사에 의해 열을 소모한다는 것이다.7A shows a cross-sectional view 700 of an exemplary anti-machine resistance structure including a trough of the present invention. Specifically, cross-sectional view 700 includes a trough 702 surrounded by insulator portions 704a, 704b, 706a, 706b. Cross-sectional view 700 includes a back end of line (BEOL) insulator, which may be a low K material, for example silicon dioxide. The trench can be formed, for example, by dry etching and standard back end processing. The liner material can then be placed after the adhesive film, for example tantalum nitride, and subsequent tantalum film. Copper may be deposited inside the cavity of the trench. In an embodiment of the invention, copper may be removed through the window. The trench of the trough 702 may be refilled with the insulator 708, for example, or may be left in the air. Copper is removed to provide high material resistance. Liners such as Ta, α-Ta, TaN act as effective resistive structures (see FIG. 7B). The tantalum film may be of a single damascene or double damascene structure as shown in FIG. Copper also has a lower melting point than tantalum films, so failures can be more likely to occur when the structure is further heated. Thermal properties vary depending on the filler. It will be apparent to those skilled in the art that the insulators 706a and 706b may comprise other materials, such as, for example, metal or dielectric layers. By filling the trench with a high dielectric material, ESD toughness is increased. The power to failure of the insulators increases the toughness against the air. The advantage of air is that it is non-corrosive and consumes heat by thermal transfer to the top layer or top region.

열 확산 시간측에서, 트렌치(702)의 볼륨이 절연체(708)로 재충진되는 경우, 볼륨내에 절연체가 존재한다는 사실에 따라 공기인 경우에 비해 고장에 대한 파워가 향상되기 때문에, 절연체에 의해 형성된 열 외피(sheath)가 유용하다. 열 특성은 공동이 충진되는지 또는 충진되지 않고 남겨지는지 여부에 따라 변화될 수 있다. 다른 낮은 캐패시턴스(K) 재료 또는 SiO2가 사용될 수 있다. SiO2와 같은 높은 유전체 재료로 재충진되는 경우, 저항의 열 강인성이 증강되고 ESD 강인성이 증강된다. 공기의 경우, 이는 물리적으로 낮다. 높은 K 유전체 재료로 충진되는 경우, 고장에 대한 높은 강인성 파워가 존재하며, 즉 고장에 대한 높은 임계 전류가 존재하게 된다. 트렌치를 구리로 충진하는 대신에, 절연체를 사용함으로써, 높은 저항을 초래하고 용융점을 낮추게 된다. 트렌치(702)는 TaN/T막 재료, 즉 도 3, 4a, 4b를 참조하여 기술된 비부식성 퓨즈를 형성하는데 사용된 것과 동일한 라이너 재료로 제조될 수 있다.On the heat diffusion time side, when the volume of the trench 702 is refilled with the insulator 708, the power to failure is improved as compared to the case of air according to the fact that the insulator is present in the volume, which is formed by the insulator. Thermal sheaths are useful. Thermal properties can vary depending on whether the cavity is filled or left unfilled. Other low capacitance (K) materials or SiO 2 may be used. When refilled with a high dielectric material, such as SiO 2 , the thermal toughness of the resistance is enhanced and the ESD toughness is enhanced. In the case of air, this is physically low. When filled with a high K dielectric material, there is a high toughness power for failure, i.e. a high threshold current for failure. Instead of filling the trench with copper, the use of an insulator results in high resistance and a lower melting point. Trench 702 may be made of TaN / T film material, the same liner material used to form the non-corrosive fuse described with reference to FIGS. 3, 4A, 4B.

도 7b는 본 발명의 트러프, 비아 홀, 복수의 이중 대머신막으로 이루어지는 예시적인 이중 대머신 저항 구조의 횡단면도(710)를 도시한다. 특히, 횡단면도(700)는, 예를 들어 탄탈막, 저항성막과 같은 이중 대머신막(702)으로 이루어지는 트러프(702)와, 비아홀(712, 714)을 구비하는 이중 대머신 저항 구조(702)를 포함한다. 절연체(706a, 706b)와 같은 층내에 다른 재료가 포함될 수 있다.FIG. 7B shows a cross-sectional view 710 of an exemplary dual damascene resistance structure consisting of a trough, via hole, and a plurality of dual damascene membranes of the present invention. In particular, the cross-sectional view 700 is a double damascene resistance structure 702 including a trough 702 composed of a double damascene film 702 such as a tantalum film and a resistive film, and via holes 712 and 714, for example. ). Other materials may be included in the layer, such as insulators 706a and 706b.

도 7c는 절연체(708)로 충진되어 막의 트러프를 구비하는 트러프(702), 절연체(716)로 충진된 비아(714), 및 비아막으로 이루어지는 이중 대머신 저항 구조(702)의 횡단면(720)을 도시한다.7C shows a cross section of a double damascene resistance structure 702 consisting of a trough 702 filled with insulator 708 with a trough of a film, a via 714 filled with an insulator 716, and a via film. 720 is shown.

도 7d에는 복수의 막, 즉 병렬로 복수의 저항을 형성하는 복수의 단일 대머신(damascene) 막 또는 복수의 이중 대머신 막의 측단면도(722)가 도시되어 있다. 특히, 일 실시예에 있어서, 측단면도(722)에는 복수의 이중 대머신 막(726a, 726b)을 포함하는 트러프(702a)와 비아홀(712a, 712b)로 이루어지는 이중 대머신 저항 구조가 포함된다. 도시된 바와 같이 각기, 트러프(702a)는 절연체(726a) 및 구리 세그먼트(718)로 채워질 수 있고, 비아(714a, 712a)는 각기 절연체(716d) 및 절연체(708c)로 채워진다. 트러프와 비아의 각 절연체 세그먼트는 저항(724a, 724b, 724c)으로 도시된 저항성 소자로서 작용한다.FIG. 7D shows a side cross-sectional view 722 of a plurality of membranes, ie, a plurality of single damascene membranes or a plurality of dual damascene membranes forming a plurality of resistors in parallel. In particular, in one embodiment, the side cross-sectional view 722 includes a double damascene resistance structure consisting of a trough 702a comprising a plurality of dual damascene films 726a, 726b and via holes 712a, 712b. . As shown, trough 702a may be filled with insulator 726a and copper segments 718, and vias 714a and 712a may be filled with insulator 716d and insulator 708c, respectively. Each insulator segment of the trough and via acts as a resistive element shown by resistors 724a, 724b, 724c.

도 8에는 비아홀(806)에 의해서 연결되는 상부층의 이중 대머신 트러프(802)와 하부층의 단일 대머신 단일 트러프(810)로 이루어지는 예시적인 저항 구조체의 바람직한 단면도(800)가 도시되어 있다. 여기에서 구리가 제거되어 공동을 형성하고, 예컨대 산화물이 그 공동을 채우는 데 사용될 수 있다. 이중 대머신 트러프(802)는 산화물 재료(804)로 채워질 수 있다. 단일 대머신 트러프(810)는 절연체 충진부(812)와, 절연체(812)를 비아(806)에 연결하는 구리부(814)를 포함하며, 다시 이 비아(806)는 산화물 충진부(808)로 채워질 수 있다. 직렬로 연결된 두 저항(816a, 816b)의 접속과 마찬가지로 양호한 도전체인 구리(814)는 절연체(812)와 산화물(808)을 연결한다. 산화물(804)은 도시된 바와 같이 저항(816c)으로서 작용한다.8 shows a preferred cross-sectional view 800 of an exemplary resist structure consisting of a double dammer trough 802 of an upper layer and a single damsel single trough 810 of a bottom layer connected by a via hole 806. Here copper is removed to form a cavity, for example an oxide can be used to fill the cavity. The double machine trough 802 may be filled with an oxide material 804. The single machine trough 810 includes an insulator fill 812 and a copper portion 814 that connects the insulator 812 to the via 806, which in turn is an oxide fill 808. Can be filled with). Like the connection of two resistors 816a and 816b connected in series, a good conductor, copper 814, connects the insulator 812 and the oxide 808. Oxide 804 acts as resistor 816c as shown.

도 9에는 비아홀(906)에 의해서 연결되는 상부층의 트러프(902)와 중간층의 단일 대머신 단일 트러프(910), 그리고 텅스텐 충진재를 포함할 수 있는 비아(918)에 의해서 중간 대머신(910)으로 연결되는 텅스텐(W) MO 배선층(920)으로 이루어지는, 예시적인 이중 대머신 저항 구조체의 바람직한 단면도(900)가 도시되어 있다. 텅스텐(W)은 고융점을 갖기 때문에, 실리콘 이산화물에 비하여, 즉, 실리콘 표면의 소위 MO 국부 상호접속층에서 국부 상호접속체로서 사용될 수 있다. 텅스텐 재료는 다른 저항 재료와 병렬인 저항으로서 사용될 수 있다. 따라서, 일련의 복수의 내화성 재료 표면은 복수의 레벨상에서 저항 구조체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 이중 대머신 트러프(902)는 산화물 재료(904)로 채워질 수 있다. 단일 대머신 트러프(910)는 절연 충진부(912)와, 그 절연체(912)를 비아(906)의 산화 충진부(908)에 연결하는 구리부(914)를 포함할 수 있다. 직렬로 연결된 두 저항(916a, 916b)의 연결과 마찬가지로 양호한 도전체인 구리(914)는 절연체(912)와 산화물(908)을 연결할 수 있다. 산화물(904)는 도시된 바와 같이 저항(916c)으로서 작용할 수 있다.FIG. 9 illustrates an intermediate dammer 910 by a top trough 902 connected by a via hole 906, a single trough 910 of an intermediate layer, and a via 918 that may include a tungsten filler. A preferred cross-sectional view 900 of an exemplary dual damascene resistor structure, consisting of a tungsten (W) MO wiring layer 920, is shown. Since tungsten (W) has a high melting point, it can be used as a local interconnect as compared to silicon dioxide, ie in the so-called MO local interconnect layer on the silicon surface. Tungsten material can be used as a resistor in parallel with other resistive materials. Thus, a series of a plurality of refractory material surfaces can be used to form a resist structure on a plurality of levels. The double machine trough 902 may be filled with an oxide material 904. The single machine trough 910 may include an insulation fill 912 and a copper portion 914 that connects the insulator 912 to the oxide fill 908 of the via 906. Like the connection of the two resistors 916a and 916b connected in series, a good conductor copper 914 may connect the insulator 912 and the oxide 908. Oxide 904 may act as resistor 916c as shown.

도 10에는 본 발명의 일 실시예에서 저항 구조체를 형성하는 바람직한 프로세스를 나타내는 흐름도(1000)가 도시되어 있다.10 is a flow diagram 1000 illustrating a preferred process for forming a resist structure in one embodiment of the present invention.

흐름도(1000)는 단계(1002)에서 시작하여 곧바로 단계(1004)로 계속될 수 있다.Flowchart 1000 may begin at step 1002 and continue directly to step 1004.

단계(1004)에서, 산화물층이 증착될 수 있다. 흐름도(1000)에서 단계(1004)로부터 단계(1006)로 계속될 수 있다.In step 1004, an oxide layer may be deposited. It may continue from step 1004 to step 1006 in flowchart 1000.

단계(1006)에서, 트러프 또는 트렌치 및 비아는 위에서 트렌치(702)를 형성하기 위해서 사전증착된 산화물층 내에 에칭될 수 있다. 흐름도(1000)에서 단계(1006)로부터 단계(1008)로 계속될 수 있다.In step 1006, the trenches or trenches and vias may be etched into the predeposited oxide layer to form trench 702 from above. It may continue from step 1006 to step 1008 in flowchart 1000.

단계(1008)에서, 라이너가 증착될 수 있다. 흐름도(1000)에서 단계(1008)로부터 단계(1010)로 계속될 수 있다.In step 1008, a liner may be deposited. It may continue from step 1008 to step 1010 in flowchart 1000.

단계(1010)에서, 구리 금속층이 증착될 수 있다. 흐름도(1000)에서 단계(1010)로부터 단계(1012)로 계속될 수 있다.In step 1010, a copper metal layer may be deposited. It may continue from step 1010 to step 1012 in flowchart 1000.

단계(1012)에서, 윈도우가 개방되고 구리가 에칭될 수 있다. 흐름도(1000)에서 단계(1012)로부터 단계(1014)로 계속될 수 있다.At step 1012, the window can be opened and the copper can be etched. In flowchart 1000, operation may continue from step 1012 to step 1014.

단계(1014)에서, 최종적인 구조체가 연마되어 최종적인 금속 구조체가 평탄화될 수 있다. 흐름도(1000)에서 단계(1014)로부터 단계(1016)로 계속될 수 있다.In step 1014, the final structure can be polished to planarize the final metal structure. In flowchart 1000, operation may continue from step 1014 to step 1016.

단계(1016)에서, 다른 층이 증착될 지의 여부를 판정할 수 있다. 다른층이 증착될 경우, 그 다음 흐름도는 단계(1004)로 계속될 수 있다. 증착될 다른 층이 없는 경우, 그 다음 흐름도(1000)에서 단계(1016)로부터 단계(1018)로 계속될 수 있다.At step 1016, it may be determined whether another layer is to be deposited. If another layer is to be deposited, then the flow chart can continue to step 1004. If there are no other layers to be deposited, then flow continues from step 1016 to step 1018 in flowchart 1000.

도 11에는 본 발명의 다른 실시예의 저항 구조체를 형성하는 다른 바람직한 처리예를 나타내는 흐름도(1100)가 도시되어 있다.11 is a flow chart 1100 illustrating another preferred process of forming the resist structure of another embodiment of the present invention.

흐름도(1100)는 단계(1102)로 시작해서 곧바로 단계(1104)로 계속될 수 있다.Flowchart 1100 may begin with step 1102 and continue to step 1104 directly.

단계(1104)에서 산화물층이 증착될 수 있다. 흐름도(1100)는 단계(1104)로부터 단계(1106)로 계속될 수 있다.In step 1104 an oxide layer may be deposited. Flowchart 1100 may continue from step 1104 to step 1106.

단계(1106)에서, 트러프(trough) 또는 트렌치(trench) 및 비아는, 상술한 트렌치(702)를 형성하기 위해 사전증착된 산화물층 내에 에칭될 수 있다. 흐름도(1100)는 단계(1106)로부터 단계(1108)로 계속될 수 있다.In step 1106, troughs or trenches and vias may be etched into the predeposited oxide layer to form the trenches 702 described above. Flowchart 1100 may continue from step 1106 to step 1108.

단계(1108)에서, 라이너(liner)가 증착될 수 있다. 흐름도(1100)는 단계(1108)로부터 단계(1110)로 계속될 수 있다.In step 1108, a liner may be deposited. Flowchart 1100 may continue from step 1108 to step 1110.

단계(1110)에서, 그 영역은 산화물 유전체로 채워질 수 있다. 흐름도(1100)는 단계(1110)로부터 단계(1112)로 계속될 수 있다.In step 1110, the region may be filled with an oxide dielectric. Flowchart 1100 may continue from step 1110 to step 1112.

단계(1112)에서, 최종적인 구조체가 연마되어 최종적인 금속 구조체가 평탄화될 수 있다. 흐름도(1100)는 단계(1112)로부터 단계(1114)로 계속될 수 있다.In step 1112, the final structure can be polished to planarize the final metal structure. Flowchart 1100 may continue from step 1112 to step 1114.

단계(1114)에서, 다른 층이 증착될 지의 여부를 판정할 수 있다. 다른 층이 증착될 경우, 그 다음 흐름도는 단계(1104)로 계속될 수 있다. 증착될 다른 층이 없는 경우, 그 다음 흐름도(1100)는 단계(1114)로부터 단계(1116)로 계속될 수 있다.At step 1114, it may be determined whether another layer is to be deposited. If another layer is to be deposited, then the flow chart can continue to step 1104. If there are no other layers to be deposited, then flow diagram 1100 may continue from step 1114 to step 1116.

따라서, 공동은 공기로 개방된 채 남겨져 위에서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 퓨즈 구조체로 남거나, 복수층의 구조체에 대해 산화물로 다시 채워져, 다른 층이 그 위에 증착되게 될 수 있다.Thus, the cavity may be left open with air and remain as a fuse structure as described with reference to FIG. 1 above, or may be refilled with oxide for multiple layers of structures, causing another layer to be deposited thereon.

도 12에는 본 발명에 이용하는 ESD 디바이스(1204)(즉, 다이오드(1206, 1208)를 포함하는 이중 다이오드 회로), 대머신 저항 구조체(1210) 및 주변 I/O 네트워크 회로(1212)로 연결되는 패드(1202)를 포함하는 예시적인 회로(1200)가 도시되어 있다. 대머신 배선 저항(1210)은 상술한 바와 같이 단일 대머신 또는 이중 대머신 내화성 금속막 저항 구조체를 포함한다.12 illustrates a pad connected to an ESD device 1204 (ie, a dual diode circuit including diodes 1206 and 1208), a damascene resistor structure 1210, and a peripheral I / O network circuit 1212 for use in the present invention. An example circuit 1200 is shown that includes 1202. The dam machine wiring resistor 1210 includes a single damascene or a double damascene refractory metal film resistor structure as described above.

본 발명의 다른 실시예에서는, ESD 디바이스(1204b)와 연결된 주변 I/O 네트워크 회로(1212a), ESD 디바이스(1204b)와 연결되는 대머신 저항 구조체(1210a), 대머신 저항 구조체(1210a)와 연결되는 ESD 디바이스(1210a), 및 ESD 디바이스(1210a)와 연결되는 패드(1202a)를 포함하는 예시적인 회로(1220)를 나타낸다.In another embodiment of the present invention, the peripheral I / O network circuit 1212a connected to the ESD device 1204b, the damascene resistor structure 1210a, and the damascene resistor structure 1210a are connected to the ESD device 1204b. An example circuit 1220 is shown that includes an ESD device 1210a and a pad 1202a coupled with the ESD device 1210a.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, ESD 디바이스(1204c)에 연결된 이중 대머신 저항 구조체(1210a)와 연결된 패드(1202b)와, 그 ESD 디바이스(1204c)에 연결된 주변 I/O 네트워크 회로(1212b)를 포함하는 예시적인 회로(1230)를 나타낸다. 본 실시예는 링백(ring back), 잡음 반사의 이점이 있고, 제동 메카니즘에 유용하다.In another embodiment of the present invention, the pad 1202b connected to the dual damascene resistor structure 1210a connected to the ESD device 1204c and the peripheral I / O network circuit 1212b connected to the ESD device 1204c are An example circuit 1230 is shown that includes. This embodiment has the advantages of ring back, noise reflection, and is useful for braking mechanisms.

본 발명의 또 다른 실시예는, 대머신 저항 구조체(1210c)에 연결된 ESD 디바이스(1204d)와 연결된 패드(1202c)와, 대머신 저항(1210c)에 연결된 주변 I/O 회로(1212c)를 포함하는 예시적인 회로(1240)를 나타낸다. 당업자라면 그 회로(1200)가 일반적인 회로(1240)의 특정 예임을 명백히 알 것이다.Another embodiment of the present invention includes a pad 1202c connected to an ESD device 1204d connected to the damascene resistance structure 1210c, and a peripheral I / O circuit 1212c connected to the damascene resistor 1210c. Exemplary circuit 1240 is shown. Those skilled in the art will appreciate that the circuit 1200 is a specific example of the general circuit 1240.

다른 실시예는 ESD 회로(1204e)와 연결된 패드(1202d)를 포함하는 예시적인 회로(1250)를 나타낸다.Another embodiment shows an example circuit 1250 that includes a pad 1202d coupled with an ESD circuit 1204e.

도 13에는 ESD 회로의 일부로서 대머신 저항(1310)을 포함하는 예시적인 회로(1300)가 도시되어 있다. 예시적인 회로(1300)는 RC 트리거형 MOSFET 네트워크의 일부로서 대머신 저항(1310)을 나타낸다. 회로(1300)는 접지된 대머신 저항(1310)(접지(1318a) 참조)의 일 단자와 MOSFET(1316)의 게이트의 양측에 모두 연결되는 캐패시터(1314)의 플레이트에 연결되는 패드(1302)를 포함할 수 있으며, 여기에서 MOSFET(1316)의 소스는 접지(1318b)에 연결되고, MOSFET(1316)의 드레인은 패드(1302)에 연결된다. 다른 실시예(1320)는 패드(1302)와 접지된 캐패시터(C)(1314a)(접지(1318c)에 연결됨)의 플레이트 둘다에 연결된 대머신 저항(DR)(1310a)을 나타낸다. DR과 C(1324)를 총괄하여 참조하면, 다른 것에 연결되는 DR(1310a) 및 C(1314a)는, 그 소스가 패드(1302a)에 연결되고 그 드레인이 접지(1318d)에 접지되는 p형 MOSFET(PFET)(1322)의 게이트에도 연결된다.13 shows an example circuit 1300 that includes a damascene resistor 1310 as part of an ESD circuit. Exemplary circuit 1300 represents a damascene resistor 1310 as part of an RC triggered MOSFET network. The circuit 1300 has a pad 1302 connected to a plate of a capacitor 1314 which is connected to both the one terminal of the grounded machine resistor 1310 (see ground 1318a) and the gate of the MOSFET 1316 on both sides. Where the source of MOSFET 1316 is connected to ground 1318b and the drain of MOSFET 1316 is connected to pad 1302. Another embodiment 1320 shows a charge resistance (DR) 1310a connected to both the pad 1302 and a plate of grounded capacitor (C) 1314a (connected to ground 1318c). Referring collectively to DR and C 1324, DR 1310a and C 1314a connected to another have a p-type MOSFET whose source is connected to pad 1302a and its drain is grounded to ground 1318d. Also connected to the gate of (PFET) 1322.

도 14에는 ESD 회로(1404)에 연결되고, DR 및 C(1424)를 포함하는 RC 트리거형 ESD 전력 클램프의 일부로서 대머신 저항을 포함하는 예시적인 회로(1400)가 도시되어 있고, 여기에서 ESD 회로(1404)는 Vdd(1402a)와 Vss(1402b)에 연결된다.FIG. 14 shows an example circuit 1400 coupled to an ESD circuit 1404 and including a damascene resistor as part of an RC triggered ESD power clamp that includes DR and C 1424, where ESD Circuit 1404 is connected to V dd 1402a and V ss 1402b.

일반적으로, 배선 저항은 주변 회로와 ESD 네트워크에서 칩의 핵심부 내의 회로 요소로서 ESD 회로에 대해 회로 요소로서 사용될 수 있다.In general, the wiring resistance can be used as a circuit element for the ESD circuit as a circuit element in the core of the chip in the peripheral circuit and the ESD network.

도 15는 컨택트 홀에 대해서 로컬 저항 밸러스팅(ballasting)을 제공하기 위한, MOSFET와 직렬로 컨택트 레벨상의 대머신 저항(damascene resistor)(1508)을 포함하는 예시적인 회로(1500)를 나타낸다. 트랜치(1508)는 구리선과 라이너(liner)(1512)로부터 에칭되는 것을 나타내며, 절연체(insulator)(1510)로 채워져 있다. 트랜치(1508)는 W(1506)의 비아(via)에 의해 MOSFET에 접속되어 있고, 또한 플러그로서 알려져 있다. MOSFET는 n형 영역(1502a, 1502b) 및 폴리실리콘부(1504)를 포함한다. 도 15는 다중-핑거(multi-finger) MOSFET 구조를 갖는 예시적인 회로를 포함한다. MOSFET는, 예를 들어 MOSFET 구동기 또는 ESD 네트워크내의 풀-다운(pull-down) 트랜지스터일 수 있다. 컨택트 레벨상의 로컬 저항 소자를 부가함으로써, 본 발명은 단지 단일 핑거 MFET로 통하는 병렬 저항을 제공하고, 또한 복제된다면 그 치수(dimension)로 저항 밸러스팅을 제공하는 복수의 NFET를 물론 포함할 수 있다. 예시적인 회로 개략 블록도(1520)는 DR(1516a, 1516b)에 의해 제각기 상호접속된 MOSFET(1518a, 1518b)의 소스에 연결된 패드(1514a)를 포함한다. MOSFET(1518a, 1518b)는 상호접속되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 예시적인 회로 개략 블록도(1530)는 MOSFET(1518c, 1516d, 1518e)의 소스 노드에 연결된 패드(1514b)를 포함한다. MOSFET(1518c, 1518d, 1518e)의 드레인 노드는 제각기 DR(1516c, 1516d, 1516e)과 상호접속된다. MOSFET(1518c, 1518d, 1518e)의 게이트는 상호접속되어 있다. 각각의 MOSFET(1518c, 1518d, 1518e) 및 그것과 결합된 DR(1516c, 1516d, 1516e)은 선택적으로 핑거(1522)로서 적용된다. 본 발명은 고전류 현상에서 이용될 수 있다.FIG. 15 shows an example circuit 1500 that includes a damascene resistor 1508 on contact level in series with a MOSFET to provide local resistance ballasting for contact holes. Trench 1508 indicates etching from copper wire and liner 1512 and is filled with insulator 1510. The trench 1508 is connected to the MOSFET by a via of W 1506 and is also known as a plug. The MOSFET includes n-type regions 1502a and 1502b and a polysilicon portion 1504. 15 includes an example circuit having a multi-finger MOSFET structure. The MOSFET can be, for example, a MOSFET driver or a pull-down transistor in an ESD network. By adding a local resistive element on the contact level, the present invention can of course include a plurality of NFETs that provide parallel resistance to only a single finger MFET and also provide resistance ballasting in its dimensions if replicated. Exemplary circuit schematic block diagram 1520 includes pads 1514a connected to sources of MOSFETs 1518a and 1518b interconnected by DRs 1516a and 1516b, respectively. MOSFETs 1518a and 1518b are interconnected. In another embodiment, exemplary circuit schematic block diagram 1530 includes a pad 1514b coupled to source nodes of MOSFETs 1518c, 1516d, and 1518e. The drain nodes of MOSFETs 1518c, 1518d, and 1518e are interconnected with DRs 1516c, 1516d, and 1516e, respectively. Gates of the MOSFETs 1518c, 1518d, and 1518e are interconnected. Each MOSFET 1518c, 1518d, 1518e and the DR 1516c, 1516d, 1516e associated with it are optionally applied as a finger 1522. The present invention can be used in high current phenomenon.

퓨즈의 물리적 구조 및 정전기 방전(ESD) 보호를 위해 퓨즈를 배선하는 방법Physical structure of the fuse and how to wire the fuse to protect against electrostatic discharge (ESD)

퓨즈에 대해 본 발명을 이용하는 것은 개별화(personalization)로 알려져 있거나, 회로를 끄집어 낸다. ESD에 대한 본 발명의 응용은 네트워크의 전류 과부하를 회피하려는데 응용된다. 도 1 내지 도 5를 참조하여 전술한 바와 같이, 본 발명은, 산화물 내에 트러프(trough)를 생성하고, 내화성 금속(refractory metal), 예를 들어 탄탈 질화물(tantalum nitride)/탄탈 및 구리로 트러프를 충진하고, 그 다음, 구리의 일부를 에칭 제거하여, 단지 TaN/Ta인 쇼트 세그먼트(short segment), 예를 들어 도 7 내지 도 15의 저항을 형성함으로써, 저항인 구조물을 형성한다. 소거된 구리 배선의 부식(corrosion)의 가능성을 제거하므로 퓨즈를 이용하는 것이 유용하다. 라이너와 관련된 구리 퓨즈 라인의 세그먼트를 레이저가 소거할 때, 절단부(cut)의 끝이, 예컨대 대기에 노출되는 구리를 여전히 가질 수 있다. 구리는 매우 반응이 빨라서, 너무 쉽게 부식될 수 있다. 구리에 대한 부식 메카니즘은 전형적으로 덴드라이트 성장(dendritic growth)이므로, 원하지 않는 퓨즈의 재접속이 가능하다. 이때의 부식을 피하기 위해서, 본 발명은 절단된 퓨즈(blown fuse)의 노출 부분을 비반응성 TaN/Ta으로 만들 수 있다.The use of the present invention for fuses is known as personalization or draws out a circuit. The application of the present invention to ESD is intended to avoid current overload of the network. As described above with reference to FIGS. 1 to 5, the present invention creates a trough in the oxide and produces refractory metals such as tantalum nitride / tantalum and copper oxide. The rough is filled and then a portion of the copper is etched away to form a short segment that is only TaN / Ta, for example the resistors of FIGS. 7-15, forming a resistive structure. It is useful to use fuses as this eliminates the possibility of corrosion of the removed copper wiring. When the laser erases a segment of a copper fuse line associated with the liner, the end of the cut may still have copper exposed to the atmosphere, for example. Copper is very reactive and can corrode too easily. Corrosion mechanisms for copper are typically dendritic growth, allowing unwanted reconnection of fuses. In order to avoid corrosion at this time, the present invention can make the exposed portion of the blown fuse non-reactive TaN / Ta.

본 발명의 다양한 실시예를 상술했지만, 이것은 실시예만 나타내는 것일 뿐, 제한적이지는 않다. 따라서, 본 발명의 넓이 및 범위는 상술한 어떠한 실시예에 의해 제한되지 않고, 이하의 청구 범위 및 그것과 유사한 것에 따라서만 규정될 수 있다.While various embodiments of the invention have been described above, these are merely illustrative and are not restrictive. Thus, the breadth and scope of the present invention should not be limited by any of the above-described embodiments, but may be defined only in accordance with the following claims and the like.

Claims (37)

반도체 기판 상의 트러프(trough) 내에 형성된 금속 구조체 -상기 트러프는 측면과 바닥과 단부를 가짐- 로서,A metal structure formed in a trough on a semiconductor substrate, the trough having sides, bottoms, and ends; ① 제 1 층과 제 2 층으로 이루어진 상기 구조체의 제 1 부분 ―상기 트러프의 상기 제 1 층은 상기 측면, 바닥 및 단부에 형성되고, 상기 제 1 층은 상기 제 2 층보다 높은 전기 저항을 가지며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 부분 내의 상기 제 1 층과 접촉하는 수평 및 수직 표면들을 가짐―과,A first part of the structure consisting of a first layer and a second layer, wherein the first layer of the trough is formed at the side, bottom and end, the first layer having a higher electrical resistance than the second layer Wherein the second layer has horizontal and vertical surfaces in contact with the first layer in the first portion; ② 상기 제 1 부분에 인접하며 상기 제 1 부분에 접속된, 상기 제 1 층으로 이루어진 제 2 부분을 포함하며,(Ii) comprising a second portion of said first layer adjacent to said first portion and connected to said first portion, 상기 제 2 부분 내의 상기 제 1 층은 상기 제 2 부분 내에서는 상기 제 2 층의 상기 수평 및 수직 표면들과 접촉하지 않는The first layer in the second portion does not contact the horizontal and vertical surfaces of the second layer in the second portion. 금속 구조체.Metal structures. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 층은 절단된 퓨즈의 재성장을 차단하는 비부식 특성을 갖는 금속 구조체.And the first layer has a non-corrosive property that prevents regrowth of a blown fuse. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 층은 라이너 물질을 포함하는 금속 구조체.And the first layer comprises a liner material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 층은 내화성 물질을 포함하는 금속 구조체.And the first layer comprises a refractory material. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 내화성 물질은 Ta, α-Ta, TaN, 및 TaN/Ta 중의 적어도 하나를 포함하는 금속 구조체.The refractory material includes at least one of Ta, α-Ta, TaN, and TaN / Ta. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 층은 저항으로서 기능하는 금속 구조체.And the first layer functions as a resistor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 반도체 기판 상의 트러프(trough) 내에 형성된 금속 구조체 -상기 트러프는 측면과 바닥과 단부를 가짐- 로서,A metal structure formed in a trough on a semiconductor substrate, the trough having sides, bottoms, and ends; ① 상기 트러프의 적어도 측면 및 바닥 상에 증착된 내화성 물질과,① a refractory material deposited on at least the side and bottom of the trough, ② 상기 트러프의 적어도 한 단부를 충진하며, 상기 트러프 내의 상기 내화성 물질의 일부와만 접촉하는 비내화성 전도성 물질을 포함하는A non-refractory conductive material filling at least one end of the trough and in contact with only a portion of the refractory material in the trough; 금속 구조체.Metal structures. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 트러프와 접촉하는 층간(interlevel) 비아를 더 포함하는 금속 구조체.The metal structure further comprises interlevel vias in contact with the trough. 삭제delete 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 내화성 물질은 끊어진 퓨즈의 재성장을 차단하기 위한 비부식성 라이너로서 기능하는 금속 구조체.The refractory material functions as a noncorrosive liner to prevent regrowth of a blown fuse. 삭제delete 퓨즈 부식 재성장에 대한 내화성 엘리먼트 장벽을 형성하기 위한 방법으로서,A method for forming a fire resistant element barrier to fuse corrosion regrowth, ① 리소그래피 패터닝, 에칭, 라이너 증착, 구리의 증착 및 화학 기계적 폴리싱(CMP)을 사용하여, 최종 금속(LM) 배선 레벨과 퓨즈를 대머신하는 단계와,① using the lithographic patterning, etching, liner deposition, copper deposition and chemical mechanical polishing (CMP) to substitute the final metal (LM) wiring level and fuse, ② 레지스트를 도포하고 상기 퓨즈 위에 하나 이상의 개구부를 리소그래피 패터닝하는 단계와,(2) applying resist and lithographic patterning one or more openings on the fuse; ③ 노출된 구리에 대해 선택적인 에칭제를 사용하여 상기 노출된 구리를 제거하는 단계―상기 에칭제는 상기 라이너를 어택(attack)하지 않음―와,(3) removing the exposed copper using an etchant selective to the exposed copper, wherein the etchant does not attack the liner; ④ 상기 레지스트를 제거하여 최종의 패시베이션막을 증착하고, 최종의 패시베이션막 내에 단자 금속 컨택트 홀을 규정하는 단계와,(4) removing the resist to deposit the final passivation film, and defining terminal metal contact holes in the final passivation film; ⑤ 전기적으로 테스팅하고 상기 퓨즈를 레이저로 제거하는 단계를 포함하며,⑤ electrically testing and removing the fuse with a laser; 상기 퓨즈는 라이너 세그먼트와, 적어도 하나의 측면상에서 "라이너 만(liner only)"의 구조체에 의해 분리된 구리 LM 라인 세그먼트 중의 적어도 하나로 이루어진The fuse comprises at least one of a liner segment and a copper LM line segment separated by a “liner only” structure on at least one side. 내화성 엘리먼트 장벽 형성 방법.A method of forming a fire resistant element barrier. 삭제delete 삭제delete 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 에칭제는 상기 라인에 대해 선택적이며, 상기 에칭제는 수용성 암모늄 퍼설페이트와, 수소 페록사이드를 갖는 희석 황산의 혼합물 중의 적어도 하나를 포함하는 내화성 엘리먼트 장벽 형성 방법.Wherein said etchant is optional for said line and said etchant comprises at least one of a mixture of water soluble ammonium persulfate and dilute sulfuric acid with hydrogen peroxide. 내화성 엘리먼트를 형성하기 위한 방법으로서,As a method for forming a fire resistant element, ① 리소그래피 패터닝, 에칭, Ta, α-Ta, TaN, 및 TaN/Ta 중의 적어도 하나를 포함하는 내화성 라이너 증착, 구리의 증착 및 화학 기계적 폴리싱(CMP)을 사용하여, 최종 금속(LM) 배선 레벨과 퓨즈를 대머신하는 단계와,(1) using lithographic patterning, etching, fire resistant liner deposition including at least one of Ta, α-Ta, TaN, and TaN / Ta, deposition of copper, and chemical mechanical polishing (CMP), Replacing the fuse, ② 표준 플라즈마로 전처리를 수행한 후 장벽 질화물층을 증착하는 단계와,(2) depositing a barrier nitride layer after performing pretreatment with a standard plasma; ③ 웨이퍼를 패터닝하고, 퓨즈 윈도우를 개방하며, 상기 장벽 질화물을 에칭하고, 상기 구리를 에칭하는 단계―상기 내화성 라이너에 대해 에칭제는 선택적임―와,(3) patterning a wafer, opening a fuse window, etching the barrier nitride, and etching the copper, wherein the etchant is optional for the fire resistant liner; ④ 최종의 패시베이션 산화물/질화물층을 증착하고, 표준 단자 비아를 통해 웨이퍼를 처리하고, 상기 퓨즈를 레이저로 절단하는 단계를 포함하는(4) depositing a final passivation oxide / nitride layer, processing the wafer through standard terminal vias, and cutting the fuse with a laser 내화성 엘리먼트 형성 방법.Method for forming fire resistant element. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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